專利名稱：光學(xué)模塊、光學(xué)模塊基底和光耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光電轉(zhuǎn)換功能以便實(shí)施光學(xué)通信的的光學(xué)模塊。本發(fā)明還涉及用于這種光學(xué)模塊和光耦合結(jié)構(gòu)的基底。
背景技術(shù)：
隨著近來(lái)信息和通信技術(shù)(包括因特網(wǎng))的發(fā)展以及近來(lái)信息處理設(shè)備性能的顯著提高，不斷需要傳輸和接收大容量的數(shù)據(jù)例如圖解數(shù)據(jù)或視頻數(shù)據(jù)。為了借助信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自由實(shí)施大容量的數(shù)據(jù)通信，理想的是希望信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有數(shù)個(gè)比特率或更高的數(shù)據(jù)通信速度。希望光通信技術(shù)對(duì)于獲得高速數(shù)據(jù)通信環(huán)境特別有用。而且也不斷需要加快信息處理設(shè)備的接線板之間以及接線板的LSI芯片之間的短距離信號(hào)通信。出于這些原因，從傳統(tǒng)的利用金屬電纜和/或金屬線的數(shù)據(jù)通信改變?yōu)楣鈧鬏斒抢硐氲摹?br> 在光傳輸中，光學(xué)元件(例如光發(fā)射元件和光接收元件)一般用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)以及把電信號(hào)改變?yōu)楣庑盘?hào)。此外，光波導(dǎo)(例如光纖)在光傳輸中用作數(shù)據(jù)通信媒介。關(guān)于光電轉(zhuǎn)換模塊、也即所謂的“光學(xué)模塊”的申請(qǐng)已經(jīng)有許多，其中光學(xué)元件被支承于模塊基底上以及光學(xué)元件和光纜之間的光耦合結(jié)構(gòu)上。
例如，公開號(hào)為NO.2003-207694的日本專利提出了一種位于接線板上的光學(xué)元件和多纖維光纜之間的光耦合結(jié)構(gòu)。所提出的光耦合結(jié)構(gòu)包括固定在纖維光纜一端的扁平電纜連接器、扁平封裝(作為連接插座)、卡簧和導(dǎo)銷，在所述扁平封裝中光學(xué)元件和LSI芯片一體。電纜連接器堆棧在封裝的表面上，然后，連接器和封裝借助于卡簧和導(dǎo)銷緊固成允許這些連接部件沿著接線板的垂直方向配合和解除配合。一旦所述封裝和電纜連接器配合，光學(xué)元件就與光纜光耦合。
同時(shí)在2004年2月26日的“關(guān)于電子SI研究的第五論壇”的第86頁(yè)(底部)的摘要中還提出圖26所示類型的光學(xué)連接件903，它特別設(shè)計(jì)成與所謂的MT(可機(jī)械傳送的)連接器配合從而在光學(xué)元件902與多纖維光纜905之間提供光耦合。所提出的光學(xué)連接件903的特征為具有直角光程轉(zhuǎn)換光導(dǎo)。光學(xué)元件902經(jīng)由塊形接點(diǎn)面朝上地安裝在接線板901上，MT連接器具有固定在纖維光纜905一端的插頭906。光學(xué)連接件903的下面利用粘合劑904連結(jié)于光學(xué)元件的光學(xué)面上。光學(xué)連接件903和插頭906隨著光學(xué)連接件903的端面緊靠插頭906的端面而被設(shè)置。然后，光學(xué)連接件903和插頭906借助于卡簧907緊固在一起從而允許這些連接件903和906沿著接線板901的橫向配合和解除配合。
公開號(hào)為NO.2002-170965的日本專利提出了一種光學(xué)模塊，它安裝在印刷電路板上并具有支承于硅基底上的光學(xué)元件。硅基底具有兩相對(duì)的主表面其中一個(gè)主表面支承光學(xué)元件，另一主表面具有與印刷電路板的定位凸部和凹部相接合的定位凸部和凹部，從而允許光學(xué)元件與光波導(dǎo)(例如光纜)光軸對(duì)齊。
公開號(hào)為NO.2004-31743的日本專利雖然不是直接涉及一種光學(xué)模塊，但提出了一種電子裝置，其中電子元件安裝在陶瓷基底上。陶瓷基底具有兩個(gè)疊層陶瓷基底元件，它們結(jié)合在一起使得其中一個(gè)基底元件中的陶瓷絕緣層的疊層方向垂至于另一基底元件中的陶瓷絕緣層的疊層方向。陶瓷基底還具有被插入所述的兩個(gè)疊層基底元件之間的屏蔽(shield)元件，這樣基底元件彼此電獨(dú)立。應(yīng)該注意的是，公開號(hào)為NO.2004-31743的日本專利既沒(méi)有披露也沒(méi)有暗示在這種疊層陶瓷基底上布置光學(xué)元件。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上文提出的光耦合結(jié)構(gòu)中，扁平封裝通過(guò)諸如MT型連接器之類的可商購(gòu)光纖連接器不能與纖維光纜以普通方式連接。為了將扁平封裝與纖維光纜連接起來(lái)，必須根據(jù)管殼的形狀和尺寸分別制造專用插頭。還必須將導(dǎo)銷和卡簧用于所提出的光耦合結(jié)構(gòu)中。這樣，沒(méi)有有益的通用部件，所提出的光耦合結(jié)構(gòu)就缺乏通用性，并且不能降低成本。
上文提出的光學(xué)連接件903在結(jié)構(gòu)上不適于安裝光學(xué)元件902。光學(xué)元件902如圖26所示地安裝在接線板901上，這樣光學(xué)元件902和光纜905之間的光軸不能容易地對(duì)齊。所提出的光學(xué)連接件903不能獲得高光耦合效率并往往導(dǎo)致光通信的高損失。
在上文提出的光學(xué)模塊中，硅基底具有三維錯(cuò)綜形狀，其中定位凸部和凹部由包括斜面的多個(gè)平面限定。需要獲得一種先進(jìn)的特定方法來(lái)將硅基底加工成這種錯(cuò)綜形狀。加工硅基底的難度和成本因此而增加。此外，所提出的光學(xué)模塊不能滿足低型面和高精度光軸對(duì)齊的需要。
可以將光學(xué)元件安裝在上文提出的疊層陶瓷基底上，由此形成光學(xué)模塊。但是，所提出的疊層陶瓷基底不具有光軸對(duì)齊用的結(jié)構(gòu)，因此光學(xué)元件與光波導(dǎo)的光軸對(duì)齊不能容易地以高精度完成。這就導(dǎo)致光耦合無(wú)效。此外，當(dāng)陶瓷基底的兩個(gè)基底元件彼此保持電獨(dú)立時(shí)，電路不能在整個(gè)所提出的疊層陶瓷基底上形成。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種能夠與可商購(gòu)的光纖連接器配合的光學(xué)模塊，而不使用專用的連接部件，從而獲得高光耦合效率、通用性和成本效率，并提供一種適于用于這種光學(xué)模塊的基底。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于連接光學(xué)模塊和纖維光纜的光耦合結(jié)構(gòu)，從而獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有低型面并能夠配合另一光學(xué)設(shè)備的光學(xué)模塊，從而獲得高光耦合效率、通用性和成本效率，并且還提供一種適于在這種光學(xué)模塊中使用的疊層基底。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種通過(guò)光學(xué)連接器與纖維光纜耦合的光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊包括模塊主體，其可通過(guò)專用的導(dǎo)銷與光學(xué)連接器的插頭相連，該模塊主體的側(cè)表面與連接器插頭的配合面相對(duì)，纖維光纜的端面在該配合面處露出；和安裝在模塊主體上的并具有光軸的光學(xué)元件，一旦將導(dǎo)銷裝配于模塊主體和連接器插頭內(nèi)，該光軸與纖維光纜的光軸對(duì)齊。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于光學(xué)模塊的陶瓷基底，一旦將導(dǎo)銷裝配于光學(xué)模塊和連接器插頭內(nèi)，該光學(xué)模塊適于配合光學(xué)連接器插頭，該陶瓷基底包括陶瓷基底主體，其具有主基底表面、垂直于該主基底表面延伸的相對(duì)的側(cè)表面、和形成于其中一個(gè)側(cè)表面上的凹槽；具有比陶瓷基底主體更佳的機(jī)械加工性的填充物，其被填入所述凹槽內(nèi)并被精密加工以構(gòu)成導(dǎo)孔的至少一部分，其中導(dǎo)銷插入該導(dǎo)孔內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種光耦合結(jié)構(gòu)，其包括纖維光纜；光學(xué)連接器，其具有固定于纖維光纜一端的插頭；導(dǎo)銷；和光學(xué)模塊，其包括通過(guò)導(dǎo)銷與連接器插頭相連的模塊主體以及安裝在該模塊主體上的并具有光軸的光學(xué)元件，該模塊主體的側(cè)表面與連接器插頭的配合面相對(duì)，纖維光纜的端面在該配合面露出，一旦將導(dǎo)銷裝配于模塊主體和連接器插頭內(nèi)，所述的光軸與纖維光纜的光軸對(duì)齊。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種光學(xué)模塊，其包括包含第一基底元件和第二基底元件的基底，該第一基底元件具有沿著第一疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層，該第二基底元件具有沿著第二疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層，第一和第二基底元件允許其間的電連接并被接在一起從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直；安裝于第一基底元件上的光學(xué)元件；和布置在第一基底元件上的耦合元件，用以提供光學(xué)元件與對(duì)應(yīng)光學(xué)設(shè)備光學(xué)對(duì)齊用的定位基準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于光學(xué)模塊的基底，光學(xué)模塊具有光學(xué)元件和耦合元件，所述基底包括第一陶瓷基底元件，其具有沿著第一疊層方向疊在一起的多個(gè)陶瓷絕緣層、光學(xué)元件安裝于其上的安裝部、和將耦合元件接收于其內(nèi)的精密加工形成的孔；第二陶瓷基底元件，其具有沿著第二疊層方向疊在一起的多個(gè)陶瓷絕緣層；第一和第二陶瓷基底元件允許其間的電連接并被接在一起從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直。
根據(jù)下面的描述，也將會(huì)理解本發(fā)明的其它目的和特征。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光耦合結(jié)構(gòu)的前視圖，其中光學(xué)模塊安裝在印刷電路板上并經(jīng)由MT連接器連接纖維光纜；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光耦合結(jié)構(gòu)的分解圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)模塊和連接器配合的前視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)模塊的陶瓷基底的透視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)模塊的平面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例、當(dāng)沿圖5的線A-A剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例、當(dāng)沿圖5的線B-B剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)模塊的平面圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例、當(dāng)沿圖8的線C-C剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)模塊的平面圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例、當(dāng)沿圖10的線D-D剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)模塊的平面圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光耦合結(jié)構(gòu)的前視圖，其中光學(xué)模塊安裝在印刷電路板上并經(jīng)由MT連接器連接纖維光纜；圖14為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光學(xué)模塊的透視圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例、當(dāng)沿圖14的線E-E剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例、當(dāng)沿圖14的線F-F剖開時(shí)光學(xué)模塊的剖視圖；圖17-21為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的剖視圖，其示出了如何制造光學(xué)模塊；圖22為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光學(xué)模塊的剖視圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光學(xué)模塊的透視圖；
圖24為根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的光學(xué)模塊的剖視圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的光學(xué)模塊的剖視圖；圖26所示為現(xiàn)有技術(shù)的位于光纖和光學(xué)元件之間的光耦合結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下將參照下列第一至第八示范性實(shí)施例描述本發(fā)明，其中相同的部件和部分用相同的參考標(biāo)號(hào)表示。
這里要注意的是，第一至第四實(shí)施例設(shè)計(jì)成與可商購(gòu)的光纖連接器一起使用；而第五至第八實(shí)施例設(shè)計(jì)成與光學(xué)設(shè)備一起使用。
光纖連接器定義為一種用于互連光纖或纖維光纜的部件?？缮藤?gòu)的光學(xué)連接器的典型實(shí)例包括根據(jù)JIS C 5981(1993年建立，1998年修訂)互連多纖維光纜的F12型光學(xué)連接器，又稱為“MT(可機(jī)械傳送的)連接器”。在JIS C 5981中，具有矩形插頭(或套圈)的MT連接器的規(guī)格是根據(jù)JIS C 5962來(lái)規(guī)定的，其中導(dǎo)銷作為連接光纜的對(duì)齊機(jī)構(gòu)和卡簧耦合機(jī)構(gòu)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60874-16(1994年修訂)等效于JIS C 5981。
根據(jù)JIS C 5981，用于MT連接器的插頭為長(zhǎng)方體形狀，該插頭沿導(dǎo)銷插入方向(以下為了方便稱為“X-軸方向”)的尺寸為8.0mm公差為±0.1mm、沿多纖維光纜的纖維行列方向(以下稱為“Y-軸方向”)的尺寸為6.4-7.0mm，沿著與X-軸和Y-軸垂直的方向(以下稱為“Z-軸方向”)的尺寸為2.5-3.0mm。
用于MT連接器的導(dǎo)銷定義為一種用于在將導(dǎo)銷插入各個(gè)MT連接器插頭的導(dǎo)孔的過(guò)程中將兩個(gè)MT連接器插頭彼此對(duì)齊的部件。根據(jù)JIS C 5981，MT連接器導(dǎo)銷的長(zhǎng)度為10.8mm或更長(zhǎng)，直徑約為0.7mm。此外，根據(jù)JIS C 5981，MT連接器插頭的導(dǎo)孔的直徑為0.7mm±0.001mm，孔與孔的節(jié)距為4.6±0.003mm。
用于MT連接器的卡簧定義為一種用于將兩個(gè)MT連接器插頭保持在一起的部件。根據(jù)JIS C 5981，MT連接器卡簧的兩夾緊部之間具有15.7mm的自由長(zhǎng)度。
光學(xué)設(shè)備具有光傳輸功能、聚光功能和反光功能中的至少一種。具有光傳輸功能的光學(xué)設(shè)備的實(shí)例無(wú)論是否具有光學(xué)連接器(插頭)都包括光波導(dǎo)和纖維光纜。具有反光功能的光學(xué)設(shè)備的實(shí)例包括光程轉(zhuǎn)換設(shè)備。這些光學(xué)設(shè)備可單獨(dú)使用或組合使用。
第一實(shí)施例現(xiàn)在將參照?qǐng)D1-7描述第一實(shí)施例。
如圖1所示，在第一實(shí)施例中，兩塊光學(xué)模塊41和IC芯片16安裝在印刷電路板11上。印刷電路板11具有交替疊加在一起的多個(gè)絕緣層15和導(dǎo)電層，以限定兩個(gè)相對(duì)的主表面12和13。雖然附圖中沒(méi)有示出，襯墊設(shè)置在印刷電路板11的上主表面12上，用于電連接光學(xué)模塊41并用于經(jīng)由塊形接點(diǎn)電連接IC芯片16。
此外，在第一實(shí)施例中，兩個(gè)光學(xué)模塊41經(jīng)由多纖維光纜26和MT連接器彼此相連，如圖1所示。更具體地說(shuō)，每個(gè)光學(xué)模塊41利用連接器插頭21與纖維光纜26光耦合，兩個(gè)導(dǎo)銷31和卡簧36依照J(rèn)IS C 5981被設(shè)計(jì)用于MT連接器。MT連接器插頭21固定于纖維光纜26的一端。MT連接器導(dǎo)銷31適配于連接器插頭21的導(dǎo)孔22中以及光學(xué)模塊41的導(dǎo)孔80中，以在插頭-銷-插頭的構(gòu)造中使光纜26和光學(xué)模塊41彼此對(duì)齊和相連。MT連接器卡簧36裝配于連接器插頭21和光學(xué)模塊41上以將連接器插頭21和光學(xué)模塊41緊固在一起。
MT連接器插頭21通常由樹脂形成并具有長(zhǎng)方體形狀，該插頭沿著X-軸方向的長(zhǎng)度尺寸為8.0±0.1mm、沿Y-軸方向的寬度尺寸為6.4-7.0mm，沿Z-軸方向的高度尺寸為2.5-3.0mm。MT連接器導(dǎo)銷31由例如不銹鋼形成，其長(zhǎng)度為10.8mm或更長(zhǎng)，直徑約為0.7mm。作為導(dǎo)銷31，根據(jù)JIS C 5981，可采用直徑為0.699mm的“CNF125A-21”。導(dǎo)孔22形成于插頭21的配合面23上(光纜26的端面在該配合面露出來(lái))，其直徑為0.7±0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6±0.003mm。MT連接器卡簧36由諸如不銹鋼之類的彈性金屬材料形成，它的兩夾緊部37之間的自由長(zhǎng)度為15.7mm或更短。
此外，每個(gè)光學(xué)模塊41具有模塊主體42和安裝在模塊主體42上的光學(xué)元件81，如圖2、3、5和6所示。
模塊主體42具有與MT連接器插頭21配合和適配的形狀和尺寸，或與連接器插頭21的形狀和尺寸基本相同，從而起到插座的作用。換句話說(shuō)，模塊主體42具有與插頭21基本相同的長(zhǎng)方體形狀和尺寸。根據(jù)JIS C 5981，為了借助于卡簧36將模塊主體42和連接器插頭21緊固在一起，精確控制模塊主體42的X-軸尺寸特別重要。當(dāng)連接器插頭21的X-軸尺寸規(guī)定為8.0±0.1mm時(shí)，模塊主體42的X-軸尺寸優(yōu)選為8.0±0.3mm，更優(yōu)選為8.0±0.1mm。此外，當(dāng)連接器插頭21的X-軸和Y-軸尺寸分別規(guī)定為6.4-7.0mm和2.5-3.0mm時(shí)，模塊主體42的Y-軸尺寸優(yōu)選為6.0-10.0mm，更優(yōu)選為6.4-7.0mm，Z-軸尺寸優(yōu)選為2.0-5.0mm，更優(yōu)選為2.5-3.5mm。例如，在第一實(shí)施例中，模塊主體42的X-、Y-和Z-軸尺寸分別控制為8.0mm、7.0mm和3.0mm。
模塊主體42沿Y-Z方向具有兩個(gè)相對(duì)的側(cè)表面43和44，如圖2、3和5所示。模塊主體42的側(cè)表面43與連接器插頭21的配合面23相對(duì)，兩導(dǎo)孔80相隔地形成于模塊主體42的側(cè)表面43上并與連接器插頭21的導(dǎo)孔22對(duì)應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)孔22的直徑為0.7±0.001mm、孔與孔節(jié)距為4.6±0.003mm時(shí)，導(dǎo)孔80優(yōu)選具有0.7±0.001mm的直徑和4.6±0.003mm的孔與孔節(jié)距，用于適當(dāng)?shù)墓廨S對(duì)齊。在第一實(shí)施例中，導(dǎo)孔80的深度約為3.0mm。另一方面，模塊主體42的側(cè)表面44由卡簧36的夾緊部37推向連接器插頭21。
對(duì)于低型面的光學(xué)模塊41，理想的是使模塊主體42的上主表面和連接器插頭21的上表面基本處于同一平面上(也即，彼此基本齊平)。
光學(xué)元件81是一種能夠?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并將光信號(hào)發(fā)射到特定區(qū)域的光發(fā)射元件，或者是一種能夠接收光信號(hào)并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光接收元件。光發(fā)射元件的實(shí)例包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。光接收元件的實(shí)例包括pin光敏二極管(pin PD)和雪崩光敏二極管(APD)。光學(xué)元件81可由諸如Si、Ge、InGaAs、GaAsP和GaAlAs之類的適當(dāng)材料制成。光學(xué)元件81具有多個(gè)光發(fā)射或接收點(diǎn)，例如在一個(gè)陣列中設(shè)置12個(gè)光發(fā)射或接收點(diǎn)。
這里要注意的是，在第一實(shí)施例中，其中一個(gè)光學(xué)模塊41(設(shè)置在圖1的右側(cè))為表面發(fā)射型，其中光學(xué)元件81為垂直表面發(fā)射激光器VCSEL，另一光學(xué)模塊41(設(shè)置在圖1的左側(cè))為表面接收型，其中光學(xué)元件81為垂直表面接收光電二極管。
為了安全地保護(hù)光學(xué)元件81以便提高可靠性，優(yōu)選的是使光學(xué)元件81嵌入模塊主體42中而沒(méi)有在光學(xué)模塊41的任何表面上露出。
光學(xué)模塊41還可包括IC(集成電路)元件82，該元件82在將電信號(hào)從印刷電路板11傳輸至光學(xué)元件81的過(guò)程中驅(qū)動(dòng)該光學(xué)元件81，或者接收和放大來(lái)自光接收型的光學(xué)元件81的電信號(hào)。也即，當(dāng)光學(xué)元件81為光發(fā)射元件時(shí)，IC元件82是用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)元件81的集成電路(所謂的“驅(qū)動(dòng)器IC”)。當(dāng)光學(xué)元件81為光接收元件時(shí)，IC元件82是用于放大電信號(hào)的集成電路(所謂的“接收器IC”)?？蛇x擇地，當(dāng)兩個(gè)光學(xué)元件、也即光發(fā)射和光接收元件都設(shè)置于將在后面的第四實(shí)施例中描述的單一光學(xué)模塊中時(shí)，驅(qū)動(dòng)器IC和接收器IC可結(jié)合使用。在光學(xué)模塊41中布置IC元件82使得光學(xué)元件81與IC元件82之間的傳導(dǎo)長(zhǎng)度減小，這樣與光學(xué)元件81和IC元件在光學(xué)模塊41外部相連的情況相比，增加了光學(xué)模塊41的操作速度。
為了安全地保護(hù)IC元件82以便提高可靠性，還優(yōu)選的是使IC元件82嵌入模塊主體42中而沒(méi)有在光學(xué)模塊41的任何表面露出。
光學(xué)模塊41除了包括光學(xué)元件81和IC元件82之外，還可包括電子元件或電路元件83。電子元件83的實(shí)例包括片狀晶體管、片狀二極管、片狀電阻器、片狀電容器和片狀電感器。電路元件83的實(shí)例包括薄膜晶體管、薄膜二極管、薄膜電阻器、薄膜電容器和薄膜電感器。該元件83可以是能動(dòng)的或被動(dòng)的。特別當(dāng)電子或電路元件83為電容器時(shí)，光學(xué)模塊41的電阻和電感變小，從而提高性能。
在操作過(guò)程中，光學(xué)元件81、IC元件82和電子或電路元件83產(chǎn)生熱量。由于樹脂做的連接器插頭21的熱導(dǎo)率不是很高，來(lái)自這些元件81、82和83的熱量不能經(jīng)由連接器插頭21有效地?cái)U(kuò)散至光學(xué)模塊41的外側(cè)。這在光學(xué)模塊41中會(huì)導(dǎo)致操作不穩(wěn)定。因此，理想的是，模塊主體42主要由具有良好熱導(dǎo)性、也即比樹脂做的連接器插頭21的熱導(dǎo)性更高的材料組成，以便將熱量從元件81、82和83有效地?cái)U(kuò)散至光學(xué)模塊41的外側(cè)并保護(hù)光學(xué)模塊41的操作穩(wěn)定性。模塊主體42的高熱導(dǎo)性材料的實(shí)例包括諸如金屬材料和陶瓷材料之類的無(wú)機(jī)材料。
在第一實(shí)施例中，模塊主體42優(yōu)選包括陶瓷基底51，其作為模塊主體的主要部件來(lái)支承光學(xué)元件81。尤其理想的是，如圖4、6和7所示，陶瓷基底51為疊層的陶瓷基底，具有交替疊在一起的多個(gè)陶瓷絕緣層52和導(dǎo)電層57來(lái)形成它的基底主體。絕緣層52可由具有良好熱導(dǎo)性的任何陶瓷材料、例如氧化鋁、氧化鈹、莫來(lái)石、氮化鋁、氮化硅、氮化硼或碳化硅制成。疊層的陶瓷基底51還包括形成于導(dǎo)電層57之間的通孔導(dǎo)體58。在疊層陶瓷基底51上布置這種導(dǎo)電層57和通孔導(dǎo)體58使得光學(xué)元件81容易與任何其它設(shè)備例如IC元件81、電子元件或電路元件83以及印刷電路板11進(jìn)行電連接。
陶瓷基底51具有沿著X-Y軸方向延伸的兩個(gè)相對(duì)的主表面55和56、以及垂直于該主表面55和56延伸的多個(gè)側(cè)表面，該多個(gè)側(cè)表面包括沿著Y-Z方向延伸的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)表面53和54，該側(cè)表面53和54分別平行于模塊主體42的側(cè)表面43和44，如圖4所示。
兩個(gè)孔62形成于陶瓷基底51的側(cè)表面53上從而構(gòu)成光學(xué)模塊41的導(dǎo)孔80的至少一部分。理想的是，在陶瓷基底51的基底主體的側(cè)表面53中切割長(zhǎng)方體的凹槽61，將填充物63填入凹槽61內(nèi)，然后在對(duì)應(yīng)于連接器插頭21的導(dǎo)孔22的位置通過(guò)精密加工填充物63而形成兩個(gè)孔62。如圖2-7所示，精密孔62的剖面為圓形并具有與導(dǎo)孔22相同的直徑和孔與孔節(jié)距(也即，直徑為0.7mm±0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6±0.003mm)。當(dāng)至少部分導(dǎo)孔80通過(guò)精密加工形成時(shí)，通過(guò)將導(dǎo)銷31插入這樣精密加工的孔80內(nèi)可以更容易和正確實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件81和纖維光纜26之間的光軸對(duì)齊。這確保了光耦合效率的提高。
此外，優(yōu)選的是，填充物63具有比陶瓷基底51的基底主體更低的硬度和更好的機(jī)械加工性。由于陶瓷基底51不僅具有良好熱導(dǎo)性和高尺寸穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，還具有高硬度和不良機(jī)械加工性的缺點(diǎn)，所以直接在陶瓷基底51上精密加工形成孔將變得困難和昂貴。相反，孔62可以以較低成本在良好機(jī)械加工性的填充物63上容易地形成，這些孔62可通過(guò)諸如鉆孔、沖孔或激光加工之類的精密加工工藝形成。考慮到成本，孔62優(yōu)選使用精密鉆孔器鉆孔形成。其中，樹脂類材料優(yōu)選用作填充物63。樹脂類材料一般比陶瓷材料的硬度和價(jià)格更低，這樣將這種低硬度、低價(jià)的樹脂類材料用作填充物63，不僅降低了制造人力成本而且還降低了材料成本。
光學(xué)元件81和IC元件82可設(shè)置在陶瓷基底51的相同表面部分或不同表面部分上。如圖2、3、5和6所示，光學(xué)元件81和IC元件82優(yōu)選地分別連在陶瓷基底51的側(cè)表面53和主表面55上，這樣光學(xué)元件81的光發(fā)射或接收面指向X-軸方向并沿著Y-軸方向定向，從而在光學(xué)元件81和纖維光纜26之間形成光耦合，而無(wú)需光程轉(zhuǎn)換。
在第一實(shí)施例中，空腔59形成于陶瓷基底51的主表面55和56，這樣IC元件82和電容器83分別設(shè)置在主表面55和56的空腔59中。每個(gè)空腔59之間的縫隙可用有機(jī)硅樹脂或熱滑脂84填充，以便提高熱導(dǎo)性。
如圖2、3和5-7所示，模塊主體42還可包括撓性基底76、金屬片72、微透鏡陣列73、墊片74和電端子75。
撓性基底76用來(lái)支承光學(xué)元件81和IC元件82，同時(shí)特別當(dāng)光學(xué)元件81和IC元件設(shè)置在陶瓷基底51的不同表面部分時(shí)，允許光學(xué)元件81和IC元件82之間進(jìn)行電導(dǎo)。更具體地說(shuō)，撓性基底76具有與陶瓷基底51的主表面55相粘結(jié)的表面部分，和端部分，該端部分從陶瓷基底51的側(cè)表面53伸出并沿著該側(cè)表面53彎曲從而垂直于該撓性基底76的表面部分延伸。因此，光學(xué)元件81和IC元件82經(jīng)由塊形接點(diǎn)支承并連接于撓性基底76的相同表面?zhèn)龋@樣光學(xué)元件81和IC元件82之間的電導(dǎo)經(jīng)由撓性基底76的布線圖而建立。在第一實(shí)施例中，撓性基底76由聚酰亞胺樹脂制成。
微透鏡陣列73布置在陶瓷基底51的側(cè)表面53上，其中墊片74設(shè)置在微透鏡陣列73和陶瓷基底51之間。微透鏡陣列73形成由光學(xué)透明材料制成的平板形狀，從而起到聚光器(conderser)的作用以減少光傳輸損失，該微透鏡陣列73具有多個(gè)微透鏡，例如12個(gè)微透鏡，它們沿著Y-軸方向設(shè)置并對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件81的光發(fā)射點(diǎn)。墊片74用來(lái)調(diào)節(jié)焦距并且由例如具有抗焊接熱量的矩形構(gòu)架形的樹脂類材料或金屬材料形成。
孔70和85在對(duì)應(yīng)于陶瓷基底51的精密孔62的位置處分別鉆透撓性基底76和微透鏡陣列73，這樣這些孔62、70和85彼此相通從而一起形成圖7所示的光學(xué)模塊41的導(dǎo)孔80。這樣，孔70和85還具有與導(dǎo)孔22相同的直徑和孔與孔節(jié)距(也即，直徑為0.7±0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6±0.003mm)。
金屬片72設(shè)置在模塊主體42的除了側(cè)表面43和44之外的任何表面上，例如在模塊主體42的主表面上與撓性基底76相粘結(jié)，從而將熱量從光學(xué)元件81和IC元件82等有效擴(kuò)散至光學(xué)模塊41的外側(cè)并保護(hù)光學(xué)元件81和IC元件82免受外部電磁波。這使得光學(xué)模塊41的操作穩(wěn)定性和性能提高。金屬片72可由諸如銅、銅合金、鐵、鎳和鐵鎳合金和鋁之類的任何金屬材料制成并且可以是任何形式、例如板、箔或薄片或薄板形式。在第一實(shí)施例中，金屬片72由所謂的鎳銀(Cu-Zn-Ni合金)制成并形成厚度約為0.5mm、表面積幾乎與模塊主體42的上主表面相等的板蓋形狀。
電端子75優(yōu)選設(shè)置在陶瓷基底51的除了側(cè)表面53和54之外的任何表面上，以便使光學(xué)模塊41易于電連接至印刷電路板11上。電端子75可以是任何形式。電端子75的實(shí)例包括塊形接點(diǎn)、焊盤(pads)或?qū)Ь€。在第一實(shí)施例中，電端子75是在陶瓷基底51的下主表面56上布置成陣列狀的焊塊(solder bumps)，如圖3、6和7所示。在第一實(shí)施例中，一些焊塊75用于把經(jīng)過(guò)此處的熱量擴(kuò)散至光學(xué)模塊41的外側(cè)。
如圖3所示，光學(xué)模塊41和纖維光纜26布置在印刷電路板11上，其中連接器插頭21的配合面23與模塊主體42的側(cè)表面43相對(duì)且平行。在這個(gè)狀態(tài)下，每個(gè)導(dǎo)銷31的相對(duì)兩端插入并裝配入連接器插頭21的導(dǎo)孔22內(nèi)以及光學(xué)模塊41的導(dǎo)孔80內(nèi)，從而在插頭-銷-插頭構(gòu)造中使光學(xué)模塊41與插頭21進(jìn)行機(jī)械連接。光學(xué)模塊41的光學(xué)元件81與纖維光纜26之間的光軸對(duì)齊也可以在導(dǎo)銷31一插入導(dǎo)孔22和80時(shí)就實(shí)現(xiàn)。于是，通過(guò)將光學(xué)模塊41和插頭21保持在卡簧36的夾緊部37之間，將光學(xué)模塊41和插頭21固定地緊固，從而使夾緊部37分別壓在光學(xué)模塊41的側(cè)表面44和插頭21的側(cè)表面上。
下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明光學(xué)模塊41的操作。
響應(yīng)從印刷電路板11至表面發(fā)射型光學(xué)模塊41的電源，光發(fā)射型光學(xué)元件81和驅(qū)動(dòng)器IC元件82變成能動(dòng)的。當(dāng)印刷電路板11在該能動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生電信號(hào)時(shí)，電信號(hào)首先被輸入驅(qū)動(dòng)器IC元件82、然后從驅(qū)動(dòng)器IC元件82經(jīng)由撓性基底76的布線圖傳送至光發(fā)射元件81。光發(fā)射元件81將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)并將該光信號(hào)向纖維光纜26的一端輸出。光信號(hào)穿過(guò)透明或半透明的撓性基底76并通過(guò)微透鏡陣列73的微透鏡變成會(huì)聚的從而進(jìn)入纖維光纜26的核心并由此行進(jìn)至表面接收型光學(xué)模塊41中。
接下來(lái)將解釋光學(xué)模塊41的制造方法。
首先，例如準(zhǔn)備生陶瓷基底主體，該基底主體具有形成于其側(cè)表面上的兩個(gè)凹槽61；燒結(jié)該生基底主體；將填充物63填入凹槽61內(nèi)；然后，將填充物63精密加工形成兩個(gè)孔62，這樣就制成陶瓷基底51。生陶瓷基底主體的準(zhǔn)備工藝包括的步驟有提供多個(gè)生陶瓷片，在該每個(gè)生陶瓷片的邊緣部分制造兩個(gè)切口并將所述的生陶瓷片疊在一起，這樣凹槽61由所述切口限定。采用這種方法，凹槽61可以以較低成本容易地在陶瓷基底51上形成，因?yàn)樘沾苫?1在凹槽形成工藝中仍是未加工的。
例如，陶瓷基底51可通過(guò)下列步驟制造。
通過(guò)均勻地混合和揉捏諸如礬土粉、有機(jī)粘結(jié)劑、溶劑和增塑劑之類的各種組分來(lái)準(zhǔn)備泥漿原料。利用刮刀對(duì)所準(zhǔn)備的泥漿原料進(jìn)行片材成型處理，由此生產(chǎn)出給定厚度的多個(gè)生片材。通過(guò)在生片材的特定位置處進(jìn)行沖壓而形成通孔，把諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入所述通孔內(nèi)。在生片材的邊緣部分制造切口。此外，諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑印刷在生片材的表面上。將生片材疊加在一起使得切口彼此疊加，然后在給定壓力作用下對(duì)其進(jìn)行擠壓從而獲得生片材疊層。通過(guò)公知的工藝將生片材疊層干燥和脫脂，并以足以燒結(jié)氧化鋁的溫度(例如1650-1950℃)將其燒結(jié)，由此形成陶瓷基底51。在這樣形成的陶瓷基底中，絕緣層52、導(dǎo)電層57、通孔導(dǎo)體58和凹槽61分別由生片材、印刷在生片材上的金屬膏劑、填在通孔內(nèi)的金屬膏劑、以及形成于生片材中的切口組成。
另一方面，通過(guò)將例如80重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂(可使用JERCo.，Ltd.的名為“EPICOAT 807”的商品)、20重量份的甲酚酚醛環(huán)氧樹脂(可使用Shikoku公司的名為“EPICOAT 152”的商品)、5重量份的固化劑(可使用Shikoku Corp.的名為“2P4MZ-CN”的商品)、用硅烷偶聯(lián)劑(可使用Shin-Etsu化學(xué)公司的名為“KBM-403”的商品)處理過(guò)的200重量份的硅石填充物(可使用Tatsumori Ltd.的名為”TSS-6”的商品)、以及有效量的消泡劑(可使用San Nopco Limited的名為“BERENOL S-4”的商品)混合，然后用三輥捏和機(jī)捏揉如此獲得的混合物，這樣就準(zhǔn)備好填充物63。在利用諸如印刷工藝之類的公知工藝將填充物63填入陶瓷基底51的各凹槽61之后，將陶瓷基底51在120℃加熱1小時(shí)，這樣填充物63變成半硬化。這時(shí)沒(méi)有將填充物63完全硬化是為了使下面的孔形成工藝易于進(jìn)行。
利用精密鉆孔機(jī)使孔62分別形成于半硬化的填充物63中。通過(guò)這種精密加工工藝，孔62可被容易和正確地制成從而構(gòu)成導(dǎo)孔80的至少一部分，作為光軸對(duì)齊用的精確定位基準(zhǔn)。此外，精密孔62形成于樹脂類填充物63中使得制造和人力成本降低，以此作為光學(xué)模塊41成本降低的措施。之后，陶瓷基底51可用表面拋光機(jī)將陶瓷基底51的側(cè)表面53拋光，由此除去從孔62伸出的過(guò)量填充物63。
將如此獲得的陶瓷基底63在150℃加熱5小時(shí)，這樣填充物63完全硬化。然后，通過(guò)公知工藝將陶瓷基底51精加工以將精密孔62的直徑微調(diào)至0.700mm精確至±0.001mm。
陶瓷基底51以這種方式完成。隨后，利用公知工藝將焊塊75設(shè)置在所完成的陶瓷基底51上。
接下來(lái)，通過(guò)下列步驟將陶瓷基底51和其它元件裝配成光學(xué)模塊41。
在準(zhǔn)備撓性基底76的過(guò)程中，光學(xué)元件81和IC元件82安裝在撓性基底76的其中一個(gè)主表面上。陶瓷基底51、支承光學(xué)元件81和IC元件82的撓性基底76、墊片74和微透鏡陣列73都按照提及的順序設(shè)置。導(dǎo)銷31插入并裝配于孔62、70和85內(nèi)以便正確定位陶瓷基底51上的撓性基底76和微透鏡陣列73。撓性基底76的表面部分相對(duì)于撓性基底76的端部分彎曲90度，然后利用各向異性導(dǎo)電薄膜將所述的表面部分粘結(jié)于陶瓷基底51的主表面55上。此外，利用銀-環(huán)氧粘合劑將金屬片72粘結(jié)于撓性基底76的表面部分上。陶瓷基底51的導(dǎo)電元件與撓性基底76之間的電導(dǎo)可經(jīng)由導(dǎo)電膏劑、導(dǎo)電膜或焊盤建立。結(jié)果，獲得光學(xué)模塊41和導(dǎo)銷31(如圖2所示)的子配件，其中導(dǎo)銷31各自具有從模塊主體42伸出的部分。通過(guò)將光學(xué)模塊41焊接在印刷電路板11的主表面12上，把如此獲得的子配件設(shè)置在印刷電路板11的主表面12上?？蛇x擇地，可將陶瓷基底51焊接在印刷電路板11的主表面12上，然后，利用導(dǎo)銷31將撓性基底76、墊片74和微透鏡陣列73連在陶瓷基底51上。
最后，用導(dǎo)銷31和卡簧36將光學(xué)模塊41和連接器插頭21保持在一起。這里，MT連接器插頭21已經(jīng)固定在纖維光纜26的一端。將連接器插頭21設(shè)置在印刷電路板11上，連接器插頭21的配合面23與光學(xué)模塊41的側(cè)表面43相對(duì)，然后，更靠近光學(xué)模塊41，這樣導(dǎo)銷31的伸出部裝入連接器插頭21的導(dǎo)孔22內(nèi)直至連接器插頭21的配合面23與光學(xué)模塊41的側(cè)表面43互相接觸為止。當(dāng)預(yù)先將光學(xué)模塊41和導(dǎo)銷31做成子配件時(shí)，光學(xué)模塊41和連接器插頭21在插頭-銷-插頭構(gòu)造中更容易連接。然后將卡簧36安裝到光學(xué)模塊41和連接器插頭21上以將光學(xué)模塊41和連接器插頭21夾在卡簧36的夾緊部37之間。這樣，光學(xué)模塊41和連接器插頭21在卡簧36的壓力作用下緊緊保持在一起。
如上所述，將導(dǎo)銷31裝入連接器插頭21和模塊主體42內(nèi)不僅使得這些連接部21和42之間形成機(jī)械連接，而且還使得光學(xué)元件81和纖維光纜22之間形成光軸對(duì)齊。換句話說(shuō)，光學(xué)元件81可通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的方法與光纖26高精度地光耦合。當(dāng)模塊主體42與MT連接器插頭21具有基本相同的形狀和尺寸時(shí)，可以在第一實(shí)施例中采用為使用MT連接器所設(shè)計(jì)的導(dǎo)銷31和卡簧36，以便將模塊主體41和連接器插頭21緊固在一起。這樣，光學(xué)模塊41能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。
此外，光學(xué)元件81和IC元件82設(shè)置在光學(xué)模塊41中，減少了光學(xué)元件81和IC元件82之間的傳導(dǎo)長(zhǎng)度，由此加速光學(xué)模塊41的操作。
光學(xué)元件和IC元件82被嵌入模塊主體42中而沒(méi)有在光學(xué)模塊41的任何表面上露出。這樣，可以為光學(xué)元件81和IC元件82提供安全保護(hù)，并且與光學(xué)元件81和IC元件82在光學(xué)模塊41的表面上露出的情況相比，可提高可靠性。
由于設(shè)置了光學(xué)元件81、IC元件82和電子元件或電路元件83，光學(xué)模塊41中所產(chǎn)生的熱量總量相對(duì)較大。另外，光學(xué)元件81、IC元件82和電子元件或電路元件83都嵌入光學(xué)模塊41中。因此光學(xué)模塊41在結(jié)構(gòu)上可能會(huì)在其中積累熱量。然而，除了設(shè)置金屬片72之外還采用了高熱導(dǎo)的陶瓷基底51作為模塊主體的主要部件，這能夠有效進(jìn)行熱擴(kuò)散。一些焊塊75還起到熱量路徑的作用來(lái)促進(jìn)有效的熱擴(kuò)散。
第二實(shí)施例下面將參照?qǐng)D8和9解釋本發(fā)明的第二實(shí)施例。
第二實(shí)施例的光學(xué)模塊141在結(jié)構(gòu)上類似于第一實(shí)施例的光學(xué)模塊41，如圖8和9所示，除了光學(xué)元件81和IC元件82不利用作為這些元件81和82的支架的撓性基底76而與陶瓷基底51直接粘接以外。更具體地說(shuō)，光學(xué)元件81布置在陶瓷基底51的側(cè)表面53上并經(jīng)由焊線191電連接導(dǎo)電層57，IC元件82布置在陶瓷基底51的主表面55的空腔59中并與導(dǎo)電層57或通孔導(dǎo)體58電連接。
相應(yīng)地可以在第二實(shí)施例中獲得與第一實(shí)施例相同的效果，這樣光學(xué)模塊141能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。此外，通過(guò)除去撓性基底76可降低光學(xué)模塊141的零件總數(shù)。這使得光學(xué)模塊141的制造成本降低。當(dāng)陶瓷基底51和金屬片72之間的熱導(dǎo)率通過(guò)除去撓性基底76而被增加時(shí)，光學(xué)模塊141還可以進(jìn)一步提高熱導(dǎo)性。
第三實(shí)施例以下將參照?qǐng)D10和11描述第三實(shí)施例。
第三實(shí)施例的光學(xué)模塊241在結(jié)構(gòu)上類似于第一實(shí)施例的光學(xué)模塊41，如圖10和11所示，除了光學(xué)模塊81和IC元件82不利用作為這些元件81和82的支架的撓性基底76而與陶瓷基底51直接粘接以外。更具體地說(shuō)，IC元件82布置在陶瓷基底51的主表面55的空腔59中并與導(dǎo)電層57或通孔導(dǎo)體58電連接。在第三實(shí)施例，陶瓷基底51具有沿著陶瓷基底51的下主表面56在X-軸方向上伸出的薄部244。光學(xué)元件81布置在陶瓷基底51的伸出部244上并與導(dǎo)電層57或通孔導(dǎo)體58電連接，它的光發(fā)射或接收點(diǎn)指向Z-軸方向(也即，圖11的上側(cè))。此外，光學(xué)模塊241包括墊片245和具有光學(xué)鏡246的微透鏡陣列247。墊片245具有L形的剖面并布置在陶瓷基底51的伸出部244上。微透鏡陣列247布置在墊片245上，這樣使得光學(xué)鏡246的鏡面相對(duì)于光軸成45°角。導(dǎo)孔251和252沿著Z-軸方向分別形成于微透鏡陣列247和陶瓷基底51的伸出部244中，這樣通過(guò)將導(dǎo)銷31插入導(dǎo)孔251和252內(nèi)，光學(xué)元件81和微透鏡陣列247進(jìn)入彼此光軸對(duì)齊的狀態(tài)。
可以在第三實(shí)施例中獲得與第一實(shí)施例相同的效果，這樣光學(xué)模塊241能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。當(dāng)光學(xué)元件81和IC元件82被指向相同方向時(shí)，包括光學(xué)元件81和IC元件82在內(nèi)的各種模塊部件可更容易和有效地安裝在陶瓷基底51上。當(dāng)陶瓷基底51和金屬片72之間的熱導(dǎo)率通過(guò)除去撓性基底76而被增加時(shí)，光學(xué)模塊241還可以進(jìn)一步提高熱導(dǎo)性。
第四實(shí)施例下面將參照?qǐng)D12描述第四實(shí)施例。
第四實(shí)施例的光學(xué)模塊341在結(jié)構(gòu)上類似于第一實(shí)施例的光學(xué)模塊41，如圖12所示，除了光學(xué)模塊341具有兩種不同光學(xué)元件光發(fā)射和光接收元件81a和81b、以及兩種不同IC元件驅(qū)動(dòng)器IC82a和接收器IC82b以外。在第四實(shí)施例中，光發(fā)射和光接收元件81a和81b分別為VCSEL和光電二極管。光發(fā)射元件81a和驅(qū)動(dòng)器IC82a經(jīng)由撓性基底76的其中一個(gè)布線圖彼此電連接，而光接收元件81b和接收器IC82b經(jīng)由撓性基底76的另一個(gè)布線圖彼此電連接。模塊主體42還包括設(shè)置在光學(xué)元件81a和81b之間的屏蔽元件361，以使光學(xué)元件81a和81b保持彼此電磁分離。在這種情況下，將導(dǎo)電材料鍍?cè)谌我换自匣蛘邔?dǎo)電材料鍍?cè)趬|片74上可形成屏蔽元件361。兩各空腔59形成于陶瓷基底51的上主表面55上，從而將IC元件82a和82b布置在各個(gè)空腔59中。在兩空腔59之間留有一個(gè)分隔壁362以便使驅(qū)動(dòng)器IC82a和接收器IC82b保持彼此電磁分離。
因此，可以在第四實(shí)施例中獲得與第一實(shí)施例相同的效果，這樣光學(xué)模塊341能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率以及高附加值。
第一至第四實(shí)施例的變型上文的第一至第四實(shí)施例可進(jìn)行多種變型。
例如，模塊主體42和連接器插頭21還可以在插頭-銷-插頭構(gòu)造中僅利用導(dǎo)銷31(也即，不采用卡簧36)連在一起，雖然在第一至第四實(shí)施例中這些連接部42和21通過(guò)利用導(dǎo)銷31和卡簧36耦合。
在第一、第二或第三實(shí)施例中，可除去墊片74或245以減少光學(xué)模塊41、141或241的零件總數(shù)。
雖然在第三實(shí)施例中陶瓷基底51、微透鏡陣列247和金屬片72經(jīng)由導(dǎo)銷31對(duì)齊和固定，但陶瓷基底51、微透鏡陣列247和金屬片247還可以通過(guò)例如粘合劑而不采用導(dǎo)銷31來(lái)對(duì)齊和固定。
可將多個(gè)金屬片72設(shè)置在模塊主體42中，雖然在第一至第四實(shí)施例中是將單一金屬片72設(shè)置在模塊主體42的主表面上。
在第一至第四實(shí)施例中，凹槽61的內(nèi)表面上沒(méi)有形成凸部或凹部，每個(gè)圓形凹槽61的直徑在整個(gè)深度上基本恒定。但，也可以凹槽61的內(nèi)表面上形成凸部和凹部使得每個(gè)凹槽61的直徑隨著深度而改變。在這種情況下，凹槽61和填充物63之間的接觸面變得增加從而提高填充物63和凹槽61的粘結(jié)，防止凹槽61和填充物63之間出現(xiàn)縫隙以及由于熱應(yīng)力集中而裂開，由此提高可靠性。
在第一實(shí)施例中，通過(guò)將填充物63填入凹槽61內(nèi)、在120℃將填充物63半硬化、精密鉆孔、表面拋光，然后在150℃將填充物63完全硬化，這樣就形成精密孔62?？蛇x擇地，通過(guò)另一種工藝?yán)鐚⑻畛湮?3填入凹槽61內(nèi)、在120℃將填充物63半硬化、表面拋光，然后在150℃將填充物63完全硬化、然后精密鉆孔而形成孔62。
第五實(shí)施例以下將參照?qǐng)D13-21描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。
如圖13所示，兩光學(xué)模塊441經(jīng)由塊形接點(diǎn)475安裝在印刷電路板11上并通過(guò)纖維光纜26彼此相連。注意，在第五實(shí)施例中纖維電纜26用作對(duì)應(yīng)光學(xué)設(shè)備。印刷電路板11具有交替疊加在一起的多個(gè)絕緣層15和導(dǎo)電層，以限定兩相對(duì)的主表面12和13。雖然附圖中未示出，焊點(diǎn)布置在印刷電路板11的主表面12上用于電連光學(xué)模塊441。IC芯片16也經(jīng)由塊形接點(diǎn)安裝在印刷電路板11上。
每個(gè)光學(xué)模塊441緊固于纖維光纜26的連接器插頭21上，并包括模塊主體439和光學(xué)元件481，該模塊主體439具有作為該模塊主體主要部件的基底440，該光學(xué)元件481安裝于該基底440的安裝部466上，其中該光學(xué)元件481的光學(xué)面如圖13-15所示地指向連接器插頭21的配合面。
基底440為扁平形狀，用以構(gòu)成兩相對(duì)主表面442和443，如圖14-16所示。在第五實(shí)施例中，基底440優(yōu)選為第一和第二疊層基底元件448和451的連接基底形式。
第一基底元件448具有疊在一起的多個(gè)絕緣層449和形成于絕緣層449之間的固定接地層465，而第二基底元件451具有交替疊在一起的多個(gè)絕緣層452和導(dǎo)電層457。雖然附圖中沒(méi)有特別示出，但第一基底元件448的絕緣層449之間可設(shè)置導(dǎo)電層。此外，第一和第二基底元件448和451具有形成于其中的通路孔導(dǎo)體458a和458b以與導(dǎo)電層457及接地層465一起形成電路圖案。如圖15所示，接地層465中形成有一通孔從而使得通路孔458a穿過(guò)該通孔。
這些疊層基底元件448和451彼此連在一起使得第一基底元件448中的絕緣層449的疊層方向基本垂至于第二基底元件451中的絕緣層452的疊層方向。優(yōu)選地，第一基底元件448的尺寸制得小于第二基底元件451并且該第一基底元件448的其中一個(gè)基底表面與第二基底元件451的側(cè)面相連，這樣基底元件448和451的絕緣層449和452分別在基底440的平面方向和厚度方向疊加。(在下文，令基底元件448和451連在一起的第一基底元件448的基底表面和第二基底元件451的側(cè)面有時(shí)可稱為連接面。)應(yīng)該注意的是，基底元件448和451的疊層方向可以不形成正好90°角，而是可形成基本為90°角。
每個(gè)絕緣層449和452由諸如樹脂或陶瓷之類的電絕緣材料制成。
將樹脂類材料用作絕緣層449和452使得基底440的成本降低?？捎米鹘^緣層449和452的實(shí)例包括環(huán)氧(EP)樹脂、聚酰亞胺(PI)樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺-三嗪系(BT)樹脂和聚苯醚(PPE)樹脂。這些樹脂類絕緣層的核心基底材料可以與一個(gè)或多個(gè)組合層(build-uplayer)結(jié)合使用。
陶瓷材料用作絕緣層449和452得到良好的光傳輸效率，不會(huì)由于光學(xué)元件481產(chǎn)生的熱量而使光耦合受損，因?yàn)樘沾刹牧喜粌H具有高硬度和尺寸穩(wěn)定性，還具有良好的將熱量擴(kuò)散至外側(cè)的熱導(dǎo)性。疊層陶瓷材料制得的基底440因此可特別用作光學(xué)元件481的支架?？捎米鹘^緣層449和452的陶瓷的實(shí)例包括氧化鋁、氧化鈹、莫來(lái)石、氮化鋁、氮化硼和碳化硅。這些陶瓷材料具有優(yōu)秀的熱導(dǎo)性。
在第五實(shí)施例中，特別當(dāng)絕緣層449和452由例如氧化鋁之類的陶瓷制成時(shí)，可優(yōu)選使基底元件448和451彼此不直接表面接觸。因而，基底440可優(yōu)選地包括位于基底元件448和451之間的絕熱層450，以經(jīng)由該絕熱層450將基底元件448和451連在一起。為了防止基底元件448和451之間傳輸熱量并由此從熱量上保護(hù)光學(xué)元件481用于光學(xué)模塊441的操作穩(wěn)定性，絕熱層450由具有比陶瓷材料制成的絕緣層449和452熱導(dǎo)率更低的材料制成。在第五實(shí)施例中，絕緣層450由各向異性導(dǎo)電材料制成，這樣基底材料448和451經(jīng)由該各向異性層450可彼此機(jī)械連接和電連接。
當(dāng)?shù)谝换自?48的其中一個(gè)基底表面與第二基底元件451的側(cè)面如圖14-16所示地相連時(shí)，優(yōu)選將光學(xué)元件481安裝在第一基底元件448的另一基底表面上，也即由第一基底元件448限定的基底440(或模塊主體439)的側(cè)表面444上，從而在光學(xué)元件481和光纜26之間形成光耦合，而無(wú)需光程轉(zhuǎn)換設(shè)備。(在下文，光學(xué)元件481安裝于其上的第一基底元件448的基底表面444有時(shí)可稱為光學(xué)元件安裝面。)這有利地使得光學(xué)模塊441的成本降低和低型面化。
光學(xué)元件481是一種能夠?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)并將該光信號(hào)發(fā)射至特定區(qū)域的光發(fā)射元件，或者是一種能夠接收光信號(hào)并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光接收元件。光發(fā)射元件的實(shí)例包括發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。光接收元件的實(shí)例包括pin光敏二極管(pin PD)和雪崩光電二極管(APD)。光學(xué)元件481可由諸如Si、Ge、InGaAs、GaAsP和GaAlAs之類的適當(dāng)材料制成.
注意，在第五實(shí)施例中，其中一個(gè)光學(xué)模塊441(設(shè)置在圖13的右側(cè))為表面發(fā)射型，其中光學(xué)元件481為表面發(fā)射激光器VCSEL，而另一光學(xué)模塊441(設(shè)置在圖13的左側(cè))為表面接收型，其中光學(xué)元件481為表面接收光敏二極管。
光學(xué)模塊441還可包括支承于基底440的安裝部467上的IC(集成電路)元件482，以在將電信號(hào)從印刷電路板11傳輸給光學(xué)元件481的過(guò)程中驅(qū)動(dòng)光學(xué)元件481，或者接收并放大來(lái)自光接收型光學(xué)元件481的電信號(hào)。也即，當(dāng)光學(xué)元件481為光發(fā)射元件時(shí)，IC元件482為驅(qū)動(dòng)該光學(xué)元件481的集成電路(所謂的“驅(qū)動(dòng)器IC”)。當(dāng)光學(xué)元件481為光接收元件時(shí)，IC元件482是放大電信號(hào)的集成電路(所謂的“接收器IC”)。與第一至第四實(shí)施例相似，在第五實(shí)施例中IC元件482布置在光學(xué)模塊441中使得光學(xué)元件481與IC元件482之間的傳導(dǎo)長(zhǎng)度減小，這樣與光學(xué)元件481和IC元件在光學(xué)模塊441外部相連的情況相比，增加了光學(xué)模塊441的操作速度。
雖然IC元件482可安裝在第一基底元件448上或第二基底元件451上，當(dāng)?shù)谝换自?48的其中一個(gè)基底表面連接于第二基底元件451的側(cè)面時(shí)，可優(yōu)選將IC元件482安裝在第二基底元件451的其中一個(gè)基底表面上(也即，由第二基底元件451限定的基底440的主表面)。(在下文，IC元件482安裝于其上的第二基底元件451的基底表面有時(shí)可稱為IC元件安裝面。)換句話說(shuō)，可優(yōu)選將光學(xué)元件481安裝第一和第二基底元件448和451中的其中一個(gè)上并且將IC元件482安裝在第一和第二基底元件448和451中的另一個(gè)上。如果光學(xué)元件481和482都安裝在第一和第二基底元件448和451中的任一個(gè)上，這些元件481和482就互相物理地靠近，這樣光學(xué)元件481易于受到來(lái)自IC元件482的熱和電磁影響。此外，如果將光學(xué)元件481和IC元件482都安裝在基底元件448和451中的任一個(gè)上，很難保護(hù)用于安裝兩元件481和482的空間，由此很難減少光學(xué)模塊441的總尺寸。
光學(xué)模塊441除了包括光學(xué)元件481和IC元件482之外，還可包括電子元件或電路元件，雖然附圖中未示出。為了易于保護(hù)用于安裝電子元件或電路元件的空間并且防止該電子元件或電路元件受到光學(xué)元件481的熱和電磁影響，電子元件或電路元件優(yōu)選地安裝在第二基底元件451上而不是安裝在第一基底元件448上。電子元件的實(shí)例包括片狀晶體管、片狀二極管、片狀電阻器、片狀電容器和片狀電感器。電路元件的實(shí)例包括薄膜晶體管、薄膜二極管、薄膜電阻器、薄膜電容器和薄膜電感器。這種元件可以是能動(dòng)的或被動(dòng)的。特別當(dāng)電子或電路元件為電容器時(shí)，可以減小光學(xué)模塊441的電阻和電感，于是增強(qiáng)光學(xué)模塊441的性能。
連接焊盤486形成于基底元件448和451的相對(duì)的連接面上并經(jīng)由圖15和16所示的各向異性導(dǎo)電材料制成的絕緣層450而彼此電導(dǎo)。如圖14和15所示，焊盤487在光學(xué)元件安裝部466周圍形成于第一基底元件448的光學(xué)元件安裝面444(與基底元件的連接基底表面相對(duì))上，用于經(jīng)由焊線491連接光學(xué)元件481的終端。而且，焊盤488在IC元件安裝部467周圍形成于第二基底元件451的IC元件安裝面上，用于經(jīng)由圖14和15所示的焊線491連接IC元件482的終端。因此，即使這些元件481和482安裝在獨(dú)立的基底元件448和451上，光學(xué)元件481和IC元件482經(jīng)由導(dǎo)電層457、通路孔導(dǎo)體458a、焊盤486、487和488以及焊線491也彼此電連。
塊形焊盤489也設(shè)在基底440的下主表面上且遍及基底元件448和451，這樣塊形接點(diǎn)475設(shè)置在各自的塊形焊盤489上。
此外，可優(yōu)選地在基底元件448和451上提供獨(dú)立的熱導(dǎo)路徑從而將熱量從光學(xué)元件481和IC元件482擴(kuò)散至光學(xué)模塊441的外側(cè)，而不會(huì)在部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之間導(dǎo)致傳熱。在第五實(shí)施例中，通路孔導(dǎo)體458b用作熱通路從而將熱量從這些元件481和482擴(kuò)散至光學(xué)模塊441的外側(cè)。接地層465由于其固態(tài)形式還具有將熱量從光學(xué)元件481有效傳遞至光學(xué)模塊441外側(cè)的功能。在第五實(shí)施例中，這里的每個(gè)光學(xué)元件安裝部466和IC元件安裝部467由導(dǎo)電材料制成。因此可以將熱量從光學(xué)元件481經(jīng)由光學(xué)元件安裝部466、通路孔導(dǎo)體458b、接地層465、塊形焊盤489以及塊形接點(diǎn)475擴(kuò)散至印刷電路板11，并將熱量從IC元件482經(jīng)由IC元件安裝部467、通路孔導(dǎo)體458b、塊形焊盤489以及塊形接點(diǎn)475擴(kuò)散至印刷電路板11，例如當(dāng)IC元件482產(chǎn)生的熱量大于光學(xué)元件481時(shí)，部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之間不會(huì)傳熱。
如圖14所示，為了便于對(duì)準(zhǔn)，對(duì)齊標(biāo)記495形成于第一基底元件448的光學(xué)元件安裝面444上。在第五實(shí)施例中，對(duì)齊標(biāo)記495為十字形。
光學(xué)模塊441還包括一個(gè)或多個(gè)光耦合元件431，作為用于光學(xué)元件481和光學(xué)設(shè)備26光軸對(duì)齊的導(dǎo)軌。為了獲得高對(duì)齊精度和耦合強(qiáng)度，可優(yōu)選在光學(xué)模塊441中提供多個(gè)光耦合元件431。對(duì)于低型面的光學(xué)模塊441，進(jìn)一步可優(yōu)選將光耦合元件431和光學(xué)元件481設(shè)置在第一基底元件448上，更具體地說(shuō)是設(shè)置在第一基底元件448的相同基底表面上，例如以光學(xué)元件481設(shè)置在光耦合元件431之間的方式。光耦合元件431的形狀和材料不特別受限。光耦合元件431優(yōu)選為銷的形式，所述銷由具有一些硬度的材料制成。
在第五實(shí)施例中，兩個(gè)導(dǎo)銷431用作光耦合元件，如圖13-16所示。這些導(dǎo)銷431被插入和裝配于第一基底元件448的導(dǎo)孔中從而從基底440的側(cè)表面伸出并且在平面方向上延伸，由此光學(xué)模塊441厚度的不增加就可獲得低型面。
可優(yōu)選的是，為了將導(dǎo)銷431正確接合入對(duì)應(yīng)光學(xué)設(shè)備26的對(duì)齊孔內(nèi)以及接合入基底440的導(dǎo)孔內(nèi)，基底440的每個(gè)導(dǎo)銷431和每個(gè)導(dǎo)孔的直徑基本與對(duì)應(yīng)光學(xué)設(shè)備26的連接器插頭21的對(duì)齊銷孔相同。
考慮到通用性，連接器插頭21和導(dǎo)銷431可以是為MT連接器所設(shè)計(jì)的插頭和導(dǎo)銷。在這種情況下，根據(jù)JIS C 5981，連接器插頭21的對(duì)齊孔和基底440的導(dǎo)孔制成直徑為0.7±0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6±0.003mm。此外，根據(jù)JIS C 5981也可采用直徑為0.699mm的導(dǎo)銷431“CNF125A-21”.
基底440的導(dǎo)孔優(yōu)選通過(guò)精密加工形成。特別當(dāng)?shù)谝换自?48為疊層陶瓷基底元件時(shí)，可優(yōu)選的是，在基底元件448上切割圓形凹槽461、將填充物463填入凹槽461內(nèi)、然后通過(guò)精密加工而在填充物463上制得孔462并使這些孔462在第一基底元件448的基底表面上是開口的從而構(gòu)成導(dǎo)孔，這樣導(dǎo)孔就形成于第一基底元件448中。當(dāng)精密加工形成導(dǎo)孔時(shí)，通過(guò)將導(dǎo)銷431插入如此精密加工的孔內(nèi)而使光學(xué)元件481和纖維光纜26之間的光軸對(duì)齊更容易和正確地實(shí)現(xiàn)。這確保了光耦合效率的提高。
優(yōu)選地，填充物463比陶瓷基底元件448的硬度低、機(jī)械加工性更佳。由于陶瓷基底元件448不僅具有良好熱導(dǎo)性和高尺寸穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，還具有高硬度和不良機(jī)械加工性的缺點(diǎn)，所以直接在陶瓷基底元件448中精密加工而形成孔是很困難和昂貴的。相反，導(dǎo)孔462可以以低成本容易地形成于良好可加工性的填充物463中。這些孔462可通過(guò)任何精密加工方法例如鉆孔、沖壓或激光加工而形成。考慮到成本問(wèn)題，孔462優(yōu)選采用精密鉆孔機(jī)鉆孔形成。填充物463的實(shí)例包括樹脂類材料、金屬材料和玻璃材料。其中，樹脂類材料優(yōu)選用作填充物463。樹脂類材料的硬度和價(jià)格一般低于陶瓷材料，這樣將這種低硬度、低價(jià)格的樹脂類材料用作填充物463不僅使得制造人力成本降低還使得材料成本降低。
下面將介紹光學(xué)模塊441的制造方法。
第一基底元件448首先通過(guò)例如圖19所示的下列步驟來(lái)制造。
通過(guò)均勻地混合和揉捏諸如礬土粉、有機(jī)粘結(jié)劑、溶劑和增塑劑之類的各種組分來(lái)準(zhǔn)備泥漿原料。利用刮刀對(duì)所準(zhǔn)備的泥漿原料進(jìn)行片材成型處理，由此生產(chǎn)出給定厚度的多個(gè)生片材。通過(guò)在生片材的特定位置處進(jìn)行沖壓而形成孔，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入各個(gè)孔內(nèi)。將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑印刷在生片材的表面上。將生片材疊加在一起并在給定壓力作用下對(duì)其進(jìn)行擠壓從而獲得生片材疊層。此外，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑印刷在生片材疊層的表面上。然后，將生片材疊層鉆孔以利用該生片材疊層切割凹槽461。由于這時(shí)片材疊層仍然是未加工的，所以凹槽461可以容易地以低成本形成。通過(guò)公知的工藝將如此獲得的生片材疊層干燥和脫脂，并以足以燒結(jié)氧化鋁的溫度(例如1650-1950℃)將其燒結(jié)，由此形成疊層的陶瓷基底元件448。在這樣形成的陶瓷基底元件448中，絕緣層449、接地層465和導(dǎo)電層、光學(xué)元件安裝部466及焊盤486和487、塊形焊盤489、通路孔導(dǎo)體458a和458b分別由生片材、印刷在生片材上的金屬膏劑、印刷在生片材疊層上的金屬膏劑、以及填在孔內(nèi)的金屬膏劑組成。
通過(guò)混合環(huán)氧樹脂、固化劑和硅石填充物等，然后利用三輥捏和機(jī)捏揉如此獲得的混合物，從而準(zhǔn)備好填充物463。通過(guò)諸如印刷工藝之類的公知工藝將填充物463填入第一基底元件448的各個(gè)凹槽461中，在120℃將第一基底元件448加熱1小時(shí)，這樣填充物463變成半硬化。這時(shí)填充物463沒(méi)有完全硬化是為了易于進(jìn)行下列的孔制造工藝。
利用精密鉆孔機(jī)使孔462分別形成于半硬化的填充物463上。通過(guò)這種精密加工工藝，孔(導(dǎo)孔)462作為用于光軸對(duì)齊的精確定位基準(zhǔn)可容易和正確地制得。此外，精密孔462形成于樹脂類填充物463中使得制造和人力成本降低，以此作為光學(xué)模塊441成本降低的措施。
在150℃將如此獲得的基底元件448加熱5小時(shí)，從而使填充物463完全硬化。然后，通過(guò)公知的工藝將基底元件448拋光以將精密孔462的直徑微調(diào)至0.700mm,精確至±0.001mm。
接下來(lái)通過(guò)例如圖17所示的下列步驟來(lái)制造第二基底元件451。
準(zhǔn)備在制造第一基底元件448中所使用的相同泥漿材料，并利用刮刀對(duì)其進(jìn)行片材成型處理，由此產(chǎn)生給定厚度的多個(gè)生片材。通過(guò)在生片材的特定位置處進(jìn)行沖壓而形成孔，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入各個(gè)孔內(nèi)。將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑印刷在生片材的表面上。將生片材疊加在一起并在給定壓力作用下對(duì)其進(jìn)行擠壓從而獲得生片材疊層。此外，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑印刷在生片材疊層的表面上。通過(guò)公知的工藝將如此獲得的生片材疊層干燥、脫脂和燒結(jié)，由此形成疊層的陶瓷基底元件451。在這樣形成的陶瓷基底元件451中，導(dǎo)電層457、IC元件安裝部467及焊盤486和488、塊形焊盤489、通路孔導(dǎo)體458a和458b分別由生片材、印刷在生片材表面上的金屬膏劑、印刷在生片材疊層上的金屬膏劑、以及填在孔內(nèi)的金屬膏劑組成。
接著，通過(guò)將基底元件448設(shè)定在芯片安裝器中以使基底元件448的光學(xué)元件安裝面444保持面朝上的狀態(tài)、然后利用粘合劑將光學(xué)元件481粘結(jié)于光學(xué)元件安裝部466上，這樣光學(xué)元件481如圖20所示地安裝在第一基底元件448中。對(duì)齊標(biāo)記495可用于部件對(duì)齊。一旦將基底元件448設(shè)定在粘合設(shè)備中以使得基底元件448的光學(xué)元件安裝面444保持面朝上的狀態(tài)，就提供焊線491以便使光學(xué)元件481與導(dǎo)電元件458b和487之間形成電連接。
然后，通過(guò)基底元件451設(shè)定在芯片安裝器中以使得基底元件451的IC元件安裝面保持面朝上的狀態(tài)、然后利用粘合劑將IC元件482粘結(jié)于IC元件安裝部467上，這樣IC元件482如圖18所示地安裝在第二基底元件451中。一旦將基底元件451設(shè)定在粘結(jié)設(shè)備中以使得基底元件451的IC元件安裝面保持面朝上的狀態(tài)，就提供焊線491以便使IC元件482與導(dǎo)電元件458b和488之間形成電連接。
這樣，第一基底元件448的光學(xué)元件安裝面444和第二基底元件451的IC元件安裝面中的每個(gè)在連接和引線接合工藝過(guò)程中處于面朝上的狀態(tài)，從而這些粘附和引線接合工藝的完成相對(duì)比較容易。
通過(guò)在基底元件448和451之間布置各向異性導(dǎo)電材料制成的膜450、應(yīng)用壓力使該各向異性膜450保持在基底元件448和451之間、然后將該各向異性膜450加熱至給定溫度，這樣第一和第二基底元件448和451就彼此機(jī)械連接和電連接，如圖21所示。在這樣形成的連接基底440中，第一基底元件448中的絕緣層449的疊層方向基本垂直于第二基底元件451中的絕緣層452的疊層方向。
將導(dǎo)銷431插入和裝配于基底440的精密孔462中，使得導(dǎo)銷431各自具有從基底440伸出的部分。之后，將焊塊475設(shè)置在塊形焊盤489上并在給定的溫度對(duì)其進(jìn)行軟熔處理一段時(shí)間，由此將光學(xué)模塊441安裝在印刷電路板11上?？蛇x擇地，在將光學(xué)模塊441安裝于印刷電路板11之后，可將導(dǎo)銷431裝配在基底440上。
最后，將光學(xué)模塊441與纖維光纜26的連接器插頭21耦合。一旦將導(dǎo)銷431的伸出部分插入插頭21的對(duì)齊孔內(nèi)，光學(xué)模塊441和纖維光纜26之間的光軸對(duì)齊就可容易地實(shí)現(xiàn)。
如上所述，將導(dǎo)銷431用作光學(xué)模塊441中的定位基準(zhǔn)使得光學(xué)元件481與光學(xué)設(shè)備26之間容易進(jìn)行光軸對(duì)齊。因此，光學(xué)元件481可以與光學(xué)設(shè)備26以高精度光耦合，由此允許進(jìn)行有效的光耦合。
第一和第二疊層基底元件448和451的連接基底440在結(jié)構(gòu)上適于將光學(xué)元件481和導(dǎo)銷431支承于基底440的側(cè)表面上，以及將IC元件482支承于基底440的主表面上。因此，可以將光學(xué)模塊441的厚度尺寸最小化，用于低型面的光學(xué)模塊441。
對(duì)于基底440的制造工藝，基底元件448和451是以獨(dú)立的步驟來(lái)準(zhǔn)備的，而無(wú)需像在以前的技術(shù)中那樣將基底440處理成復(fù)雜的三維形狀?；?40可以以低成本相對(duì)容易地制造。
第一和第二基底元件448和451在基底440中彼此電連接，這樣可將光學(xué)元件481和IC元件482支承于獨(dú)立的基底元件448和451中。而且，電路圖案可有利地形成于整個(gè)基底440上。所以，可以完全利用整個(gè)基底440而不會(huì)浪費(fèi)空間。這使得光學(xué)模塊441的尺寸減小。
由于第一和第二基底元件448和451主要由陶瓷構(gòu)成，光學(xué)模塊441能夠獲得高硬度和尺寸穩(wěn)定性以及良好的熱導(dǎo)性。因此，可以防止光學(xué)模塊441中出現(xiàn)問(wèn)題(例如，由于對(duì)光學(xué)元件481的熱量影響而使光耦合精度受損)并可獲得有效的光傳輸。
第六實(shí)施例以下將參照?qǐng)D22和23描述第六實(shí)施例。
第六實(shí)施例的光學(xué)模塊541在結(jié)構(gòu)上類似于第五實(shí)施例的光學(xué)模塊441，如圖22和23所示，除了光學(xué)元件481和IC元件482的設(shè)置以外。更具體地說(shuō)，空腔559和560形成于第一基底元件448的光學(xué)元件安裝面444上和第二基底元件451的IC元件安裝面上，這樣光學(xué)元件481和IC元件482分別布置在基底元件448和451的空腔559和560上。這種布置使得光學(xué)元件481和IC元件481較少伸出基底440，由此光學(xué)模塊541獲得低型面。而且，從光學(xué)元件481至焊盤487以及從IC元件482至焊盤488的焊線491可縮短以便加速光學(xué)模塊541的操作。
第七實(shí)施例下面將參照?qǐng)D24描述第七實(shí)施例。
第七實(shí)施例的光學(xué)模塊641在結(jié)構(gòu)上類似于第五實(shí)施例的光學(xué)模塊441，如圖24所示，除了第一和第二基底元件448和451利用粘合層650連在一起之外。粘合層650是諸如環(huán)氧樹脂粘合劑之類的有機(jī)樹脂粘合劑并具有絕熱性，這樣粘合層650用作絕熱層。在第六實(shí)施例中沒(méi)有將連接焊盤486設(shè)置于基底元件448和451的連接面上。取而代之的是，焊盤690設(shè)置在基底元件448和451的上表面上，焊線691設(shè)置在焊盤690之間從而允許第一和第二基底元件448和451之間電連接。即使在這樣一種布置中，第一和第二基底元件448和451也可彼此機(jī)械連接和電連接。
第八實(shí)施例最后，將參照?qǐng)D25描述第八實(shí)施例。
第八實(shí)施例的光學(xué)模塊741在結(jié)構(gòu)上類似于第五實(shí)施例的光學(xué)模塊441，如圖25所示，除了第一和第二基底元件448和451之間的連接之外。更具體地說(shuō)，連接焊盤791形成于基底元件448和451的相對(duì)的連接面上，焊塊792設(shè)置在任何相對(duì)的兩連接焊盤791之間。此外，基底元件448和451之間的空間用例如環(huán)氧樹脂制成的填料層(underfill layer)750來(lái)填充，這樣填料層750用作絕熱層。基底元件448和451因此可通過(guò)連接焊盤791、焊塊792和填料層750而彼此機(jī)械連接，并通過(guò)連接焊盤791和焊塊792而彼此電連接?？蛇x擇地，不設(shè)置填料層750。在這種情況下，第一和第二基底元件448和451之間的空氣用作絕熱層從而提高絕熱效率，雖然基底元件448和451之間的機(jī)械連接會(huì)削弱。
只要這里已經(jīng)使用了方向術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“垂直”和“橫向”，它們就始終與本申請(qǐng)的“附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明”部分中所使用的方向一致。
日本專利申請(qǐng)NO.2004-162244(2004年5月31日提交)和NO.2004-248486(2004年8月27日提交)的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照上述的本發(fā)明特定實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上文的教導(dǎo)對(duì)上述的實(shí)施例進(jìn)行各種變型和變化。本發(fā)明的范圍限定于附隨的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)光學(xué)連接器與纖維光纜耦合的光學(xué)模塊，包括模塊主體，其通過(guò)專用的導(dǎo)銷與可光學(xué)連接器的插頭相連，該模塊主體的側(cè)表面與連接器插頭的配合面相對(duì)，纖維光纜的端面在該配合面處露出；和安裝在模塊主體上的并具有光軸的光學(xué)元件，當(dāng)將導(dǎo)銷裝配于模塊主體和連接器插頭內(nèi)時(shí)，該光軸與纖維光纜的光軸對(duì)齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，光學(xué)連接器為MT連接器，模塊主體具有與連接器插頭配合的形狀和尺寸，這樣利用特別為MT連接器設(shè)計(jì)的導(dǎo)銷和卡簧模塊主體和連接器插頭緊固在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其特征在于，模塊主體具有相對(duì)的第一和第二側(cè)表面，第一側(cè)表面上形成有將導(dǎo)銷接收于其中的導(dǎo)孔，第二側(cè)表面上保持有卡簧的夾緊部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，連接器插頭由樹脂類材料制成，模塊主體主要由熱導(dǎo)率比樹脂類材料高的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)模塊，其特征在于，模塊主體包括作為主要部件的陶瓷基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)模塊，其特征在于，陶瓷基底包括陶瓷基底主體，其具有主基底表面、垂直于該主基底表面延伸的側(cè)表面、以及形成于該側(cè)表面中的凹槽；具有比陶瓷基底主體更佳的機(jī)械加工性的填充物，其被填入所述凹槽內(nèi)并被精密加工以形成導(dǎo)孔的至少一部分，其中導(dǎo)銷插入該導(dǎo)孔內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，還包括布置在模塊主體中的第一和第二半導(dǎo)體元件中的至少一個(gè)，其中第一半導(dǎo)體元件能夠驅(qū)動(dòng)光學(xué)元件，第二半導(dǎo)體元件能夠放大來(lái)自光學(xué)元件的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)模塊，其特征在于，模塊主體包括陶瓷基底，該陶瓷基底具有主基底表面和垂直于該主基底表面延伸并且在其內(nèi)限定導(dǎo)孔的至少一部分的側(cè)表面，其中導(dǎo)銷插入該導(dǎo)孔內(nèi)，光學(xué)元件安裝于陶瓷基底的側(cè)表面上，半導(dǎo)體元件安裝于陶瓷基底的主基底表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)模塊，模塊主體包括金屬片，該金屬片布置在除了模塊主體的相對(duì)側(cè)表面以外的模塊主體的表面中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，模塊主體還包括布置于其上的多個(gè)電端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其特征在于，模塊主體包括第一基底元件和第二基底元件，該第一基底元件具有沿第一疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層、光學(xué)元件安裝其上的安裝部和導(dǎo)銷插入其中的導(dǎo)孔，該第二基底元件具有沿第二疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層，該第一和第二基底元件允許在其間進(jìn)行電連接，該第一和第二基底元件被連接在一起從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直。
12.一種用于光學(xué)模塊的陶瓷基底，當(dāng)將導(dǎo)銷裝配于光學(xué)模塊和連接器插頭內(nèi)時(shí)，該光學(xué)模塊適于與光學(xué)連接器插頭配合，該陶瓷基底包括陶瓷基底主體，其具有主基底表面、垂直于該主基底表面延伸的相對(duì)的側(cè)表面、和形成于其中一個(gè)側(cè)表面中的凹槽；以及具有比陶瓷基底主體更佳的機(jī)械加工性的填充物，其被填入所述凹槽內(nèi)并被精密加工以形成導(dǎo)孔的至少一部分，其中導(dǎo)銷插入該導(dǎo)孔內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陶瓷基底，還包括金屬片，其布置在除了基底主體的相對(duì)側(cè)表面以外的基底主體的表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陶瓷基底，還包括布置在基底主體上的多個(gè)電端子。
15.一種光耦合結(jié)構(gòu)，包括纖維光纜；光學(xué)連接器，其具有固定于纖維光纜的一端的插頭；導(dǎo)銷；和光學(xué)模塊，其包括通過(guò)導(dǎo)銷與連接器插頭相連的模塊主體以及安裝在該模塊主體上的并具有光軸的光學(xué)元件，該模塊主體的側(cè)表面與連接器插頭的配合面相對(duì)，纖維光纜的端面在該配合面處露出，當(dāng)將導(dǎo)銷裝配于模塊主體和連接器插頭內(nèi)時(shí)，所述光軸與纖維光纜的光軸對(duì)齊。
16.一種光學(xué)模塊，包括包括第一基底元件和第二基底元件的基底，該第一基底元件具有沿著第一疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層，該第二基底元件具有沿著第二疊層方向疊在一起的多個(gè)絕緣層，第一和第二基底元件允許在其間進(jìn)行電連接，該第一和第二基底元件被連接在一起從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直；安裝于第一基底元件上的光學(xué)元件；和布置在第一基底元件上的耦合元件，用以提供用于光學(xué)元件與對(duì)應(yīng)光學(xué)設(shè)備進(jìn)行光軸對(duì)齊的定位基準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)模塊，還包括安裝于第二基底元件上的第一和第二半導(dǎo)體元件中的至少一個(gè)，其中第一半導(dǎo)體元件能夠驅(qū)動(dòng)光學(xué)元件，第二半導(dǎo)體元件能夠放大來(lái)自光學(xué)元件的信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)模塊，其特征在于，第一和第二基底元件中的每個(gè)具有形成于其中的空腔，光學(xué)元件和半導(dǎo)體元件分別布置在第一和第二基底元件的空腔內(nèi)。
19.一種用于光學(xué)模塊的基底，該光學(xué)模塊具有光學(xué)元件和耦合元件，所述基底包括第一陶瓷基底元件，其具有沿著第一疊層方向疊在一起的多個(gè)陶瓷絕緣層、光學(xué)元件安裝于其上的安裝部和將耦合元件接收于其內(nèi)的精密加工形成的孔；第二陶瓷基底元件，其具有沿著第二疊層方向疊在一起的多個(gè)陶瓷絕緣層；第一和第二陶瓷基底元件允許在其間進(jìn)行電連接，該第一和第二陶瓷基底元件被連接在一起從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的基底，還包括介于第一和第二基底元件之間的絕熱層，該絕熱層由熱導(dǎo)率比絕緣層低的材料制成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的基底，其特征在于，絕熱層由各向異性的導(dǎo)電材料制成。
全文摘要
一種通過(guò)光學(xué)連接器與纖維光纜耦合的光學(xué)模塊，包括模塊主體，其通過(guò)專用的導(dǎo)銷可與光學(xué)連接器的插頭相連，該模塊主體的側(cè)表面與連接器插頭的配合面相對(duì)，纖維光纜的端面在該配合面處露出；和安裝在模塊主體上的并具有光軸的光學(xué)元件，當(dāng)將導(dǎo)銷裝配于模塊主體和連接器插頭內(nèi)時(shí)，該光軸與纖維光纜的光軸對(duì)齊。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1704783SQ20051007421
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者大野正樹, 高田俊克, 小島敏文, 大野猛, 若松進(jìn), 堀尾俊和, 川村彩子 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社