專利名稱：光學組件的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總體涉及光電子學領域。具體來說，本發(fā)明涉及可對光具座和光纖連接器之間進行光學連接和機械連接的光學組件。本發(fā)明特別可用來制造一種微型光學元件組件，該組件包括用于發(fā)射器，接收器或收發(fā)器的光學次組件(subassembly)之類的光電次組件的外殼，該組件還可與光纖連接器連接。
背景技術(shù)：
激光器和光電檢測器之類的光電器件被用于許多用途，例如用于電信工業(yè)?，F(xiàn)有的商用發(fā)射器光學次組件(TOSA)是采用基于包括激光器二極管和監(jiān)測器二極管的TO-can光頭組件的方法制造的。例如在美國專利申請公開第US 2004/0240497A1號中描述了一種典型的TO-can封裝。所述管座裝置還具有光學透明窗或透鏡，使光信號能夠從光電器件傳入或傳出。為將激光聚焦入光纖套管中，常規(guī)的TO-canTOSA封裝結(jié)合了各種圓柱形機加工過的次組件，這些次組件必須互相對齊，并通過焊接或粘結(jié)固定在適當?shù)奈恢谩＿@種封裝需要至少兩個獨立的對齊和焊接或粘結(jié)步驟。在需要光隔離器的器件中，還需要進行另外的定位和焊接或粘結(jié)。在制造常規(guī)的TO-can TOSA封裝時，需要激光焊接或粘結(jié)系統(tǒng)這樣的高費用的工具。另外，TO-can封裝通常不能很好地適合用來封裝硅光具座之類的平面型器件結(jié)構(gòu)。
因此，提供一種減少了其中的元件數(shù)量、對齊步驟數(shù)以及焊接或粘結(jié)步驟數(shù)的光學組件是有益的。例如，希望將定位和焊接或粘結(jié)步驟的數(shù)量減少到一個對齊和焊接或粘結(jié)步驟。結(jié)果可以比常規(guī)光學組件明顯節(jié)約材料成本、勞動成本和加工成本。還希望提供適用于硅光具座結(jié)構(gòu)的光學組件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種光學組件。該光學組件包括光具座，其包括固定在基片上的光電元件；外殼，在該外殼中安放光具座，該外殼包括第一配合區(qū)域；光學套管插座，用來將光具座與光纖進行光學連接，所述光學套管插座包括第二配合區(qū)域，所述外殼和光學套管插座在第一和第二配合區(qū)域互相配合；以及柔性電路，其與光具座連接，所述柔性電路與外殼的內(nèi)表面接觸，以消除柔性電路中的應變。
在本文中，術(shù)語“一個”和“一種”包括“一種(個)或多種(個)”。在限定空間關系時，術(shù)語“在……之上”和“在……上方”可互換，包括存在或不存在插入層或結(jié)構(gòu)的情況。在本文中，術(shù)語“光學組件”包括具有光學功能和/或光電功能的結(jié)構(gòu)。
附圖簡要說明下面將參照附圖討論本發(fā)明，圖中相同的數(shù)字表示相同的結(jié)構(gòu)(feature)，在附圖中

圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一示例的光學組件；圖2是顯示圖1所示光學組件的第一分解圖；圖3是從與圖2相反的方向顯示圖1中光學組件的第二分解圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明另一方面的光學組件的上部外殼部分。
具體實施例方式
下面將參照圖1-3描述本發(fā)明，圖1-3顯示根據(jù)本發(fā)明的示例的光學組件1。該光學組件包括光具座3。該光具座包括基片5，在此基片5的上表面7中/上形成各種表面結(jié)構(gòu)?；?通常由半導體材料或陶瓷、聚合物或金屬形成，所述半導體材料可以是晶片或芯片形式，例如<100>單晶硅之類的硅、砷化鎵、磷化銦或鈮酸鋰。使一個或更多個光學元件和/或光電元件結(jié)合在基片的上表面7。通常的光學元件包括例如光纖，球面透鏡之類的透鏡，濾光器和光隔離器。示例的光隔離器包括永磁鐵8a和石榴石晶體8b。通常的光電器件包括例如激光拉絲模和光電檢測器。圖中光具座的光學元件和光電元件通常以虛線表示。
基片上表面7包括一個或多個形成于其中或其上的用來固定各種元件的表面結(jié)構(gòu)。所述表面結(jié)構(gòu)可包括例如凹槽，例如用來固定光纖的V形或U形凹槽；用來固定球面透鏡之類的透鏡的凹陷，以及用于光電器件的電連接的金屬結(jié)構(gòu)。通常的金屬結(jié)構(gòu)包括例如在其上焊接光電器件的接觸片，用來與電源連接的金屬線和結(jié)合片。用來形成表面結(jié)構(gòu)的技術(shù)是本領域技術(shù)人員已知的。例如可采用掩蔽和濕法和/或干法蝕刻技術(shù)形成凹槽和凹陷，可采用濺射、蒸發(fā)或電鍍技術(shù)形成金屬化結(jié)構(gòu)?？扇芜x地使用這些技術(shù)形成基片主片(master)，可通過模制法由此主片形成基片。還可為光具座提供蓋子9，形成用于元件的密閉體積。
可通過任何已知的方法對光具座3進行電連接。在示例的實施方式中，出于此目的提供了柔性電路11。柔性電路11的結(jié)合片(未顯示)與在光具座3下面的對應結(jié)合片相焊接，而該對應的結(jié)合片與光具座的光電器件電連接。
用于光具座的外殼13提供了一種或多種功能，這些功能包括例如在組裝光學組件時進行對齊，散熱來除去光電器件所產(chǎn)生的不希望有的熱量，消除應變以消除柔性電路產(chǎn)生的應變，對光具座進行機械保護，對印刷電路板或其他電子基片的安裝能力，提供熱絕緣，以防早先形成的焊接點在以后的焊接過程中發(fā)生焊料重熔。光具座外殼13可由例如機加工的、模制的或模壓的金屬或塑料(包括熱導性塑料)制成。如圖1-3所示，光具座外殼可由大量部件組成。在示例的實施方式中，外殼包括上部部分15和下部部分17。外殼包括用來接受光學套管插座21的對齊孔19。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，當外殼和光學套管插座配合部分連接在一起時，在它們之間形成對稱關系。外殼部分可包括一些表面結(jié)構(gòu)，它們使得外殼部分之間、以及外殼部分和其他元件之間能夠被動地對齊。例如，可以提供對準插頭23將柔性電路11被動地定位。也可在下部外殼部分13上提供凹陷區(qū)域25和凸起區(qū)域26，使光具座3被動定位。
柔性電路11與下部外殼區(qū)域17接觸。可在此部分提供溝槽(relief trench)28，在柔性電路和下部外殼部分之間提供空氣間隙。該空氣間隙起到隔熱的作用，用來保護柔性電路和光具座3之間形成的焊接點，以防在隨后焊接光具座和外殼時這些焊接點發(fā)生重熔。下部和/或上部外殼部分17，15還可包括用來消除柔性電路11中的應變的應變消除表面(land surface)29。在組裝外殼上部部分和下部部分15，17時，表面29與柔性電路相接觸，消除了柔性電路中的應變。可以提供圖示的從表面29凸出的插頭31，使其與柔性電路中的孔32相配合，以提供任選額外的配準。也可在應變消除地面29和/或柔性電路11上添加泡沫體或粘結(jié)劑之類的順應材料(compliantmaterial)，當柔性電路與外殼13脫離時對柔性電路進行夾層和支承。
外殼13可任選包括用來固定一種或多種元件的裝置，所述元件是例如一種或多種上述光學元件(例如光纖，球面透鏡之類的透鏡，濾光器和光隔離器)。這種結(jié)構(gòu)可使封裝具有較小的足跡(footprint)并且/或者提供改進的可制造性。例如圖4說明了在其中結(jié)合了形成光隔離器一部分的永磁鐵8a的上部外殼部分15。外殼中可另外或任選地包括光隔離器的石榴石晶體8b(見圖2和3)和/或多個隔離器磁鐵。
提供光學套管插座21，用來對包括光纖或光纖柱腳的光纖連接器(未顯示)進行光學配合和機械配合。該光纖連接器與一尾光纖相連。光學套管插座21在外部通常由金屬或塑料制成，通常包括裂開的陶瓷套，以與連接器對準。光學插座可包括其中具有一定長度光纖的雙面拋光的套管短截線(stub)，例如可從Kyocera公司購得的套管短截線。光學插座可包括用來防止過量的粘結(jié)劑進入光路的吸液阻止結(jié)構(gòu)(wick stop)27。如圖所示，該吸液阻止結(jié)構(gòu)可以是位于配合區(qū)域和光路之間光學插座面上的閉合凹槽的形式。盡管圖中顯示的吸液阻止結(jié)構(gòu)27是環(huán)形的，但是也可采用其它的形狀。
使用粘結(jié)劑促進了外殼15與光學套管插座21的連接。合適的粘結(jié)劑包括例如紫外固化環(huán)氧樹脂、熱固化環(huán)氧樹脂和雙重固化環(huán)氧樹脂之類的環(huán)氧樹脂以及焊料。宜將粘結(jié)劑保持在組件的光路以外。粘結(jié)劑可能會由于例如光損耗問題而變得不可用，而通過這種方法，該粘結(jié)劑便可以使用。可以控制粘結(jié)劑的施用，使粘結(jié)劑對稱地分布在外殼15的配合區(qū)域19和光學插座組件21的配合區(qū)域30之間。外殼和光學插座配合區(qū)域之間的這種對稱關系使得在固化過程中和由于暴露于環(huán)境造成的粘結(jié)劑收縮和溶脹的變化最小，因此對光具座3對齊的影響最小。
權(quán)利要求
1.一種光學組件，該光學組件包括光具座，其包括固定在基片上的光電元件；外殼，在該外殼中安放光具座，該外殼包括第一配合區(qū)域；光學套管插座，用來將光具座與光纖進行光學連接，所述光學套管插座包括第二配合區(qū)域，所述外殼和光學套管插座在第一和第二配合區(qū)域互相配合；以及柔性電路，其與光具座連接，所述柔性電路與外殼的內(nèi)表面接觸，以消除柔性電路中的應變。
2.如權(quán)利要求1所述的光學組件，其特征在于，所述光具座是包括硅基片的硅光具座。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學組件，其特征在于，所述光具座本身是密封的。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的光學組件，其特征在于，所述外殼的內(nèi)表面包括一溝槽，用以在外殼和一部分軟性電路之間提供空氣間隙。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的光學組件，其特征在于，所述外殼的內(nèi)表面包括用來使柔性電路被動定位的對準插頭。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光學組件，該組件還包括用來將光學套管組件粘結(jié)到外殼上的粘結(jié)劑，所述光學套管組件和/或外殼包括吸液阻止結(jié)構(gòu)，以防在將光學套管組件與外殼粘結(jié)的過程中粘結(jié)劑進入光路中。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的光學組件，其特征在于，所述外殼包括與下部外殼部分相連的上部外殼部分，所述上部部分和下部部分各自包括所述第一配合區(qū)域的一部分。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的光學組件，其特征在于，所述第一配合區(qū)域與第二配合區(qū)域徑向?qū)ΨQ。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的光學組件，該組件還包括安裝在外殼上的光學元件或該元件的一部分。
10.如權(quán)利要求9所述的光學組件，其特征在于，將形成光隔離器一部分的磁鐵安裝在外殼上。
全文摘要
提供了一種可以對光具座和光纖連接器之間進行光連接和機械連接的光學組件。本發(fā)明可特別地用于光電學工業(yè)中形成微型光學元件。
文檔編號G02B6/38GK1880990SQ20061009246
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者J·J·費希爾 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司