專利名稱：光電耦合組件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于連接電路和光纖的光電耦合組件以及制造該光 電耦合組件的方法。
背景技術：
隨著寬帶通信系統(tǒng)的發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)的家電設備以及網(wǎng)絡節(jié)點處的 路由器越來越需要具有更高的速度和更大的容量。因此，對于光學互 聯(lián)的研究和實施正在增多。光學互聯(lián)是這樣一種連接方案其用于在 信號處理部分和信號傳輸部分之間的分界部分(接口)處執(zhí)行光電轉 換，從而可以利用光纖技術的寬帶容量實現(xiàn)高速度、高容量的傳輸。例如，日本專利申請公開No.2005-43622披露了一種技術，其中使用 包括光電轉換元件(光發(fā)射元件或者光接收元件)和光纖保持部件的 光電耦合組件在光電轉換部分將電路和光纖耦合在一起。圖11是示出將光纖線纜連接到根據(jù)日本專利申請公開 No.2005-43622的光電耦合組件上的裝配狀態(tài)的剖視圖。該光電耦合 組件100包括具有保持孔102的成型件104，每個保持孔102構造成 機械地保持光纖101，從而使得每根光纖101的光學輸入/輸出端面 103從主面上露出。在成型件104的主面和側面上設置有電氣配線圖 案105，使得電氣配線圖案105的位于主面上的部分連接到電氣配線 圖案105的位于側面上的部分上。在光纖101的前方設置光半導體元 件107，在光半導體元件107和光纖101之間設置絕緣膜106。光半 導體元件107借助凸點108連接到電氣配線圖案105上。該專利公開 聲明，通過提供上述類型的電氣配線圖案，可以增加布置該光電耦合 組件的自由度。然而，固有地很難以連續(xù)的方式在物體表面上形成電 氣配線圖案，從而使得配線圖案在三個維度上準確地定位
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供能夠在三個維度上準確定位電氣配線圖案 的光電耦合組件及其制造方法。為了達到該目的，本發(fā)明提供一種光電耦合組件，包括(1)光電轉換單元，其配備有光電轉換元件；以及(2)成型件。所述成型件包括前表面，其上安裝所述光電轉換單元；以及光纖插孔，其構造并設置成其中插入光纖以使得所述光纖的末端面向所述光電轉換元件的活性層。導線嵌入成型到所述成型件中。所述導線具有第 一表面，其從所述成型件的前表面露出并電連接到所述光電轉換元 件；第二表面，其從所述成型件的側面露出，所述側面與所述成型件 的前表面鄰接；以及接合部，其寬度沿遠離所述成型件的前表面的方 向增大。所述接合部的至少一部分包含在形成所述成型件的樹脂內。 所述導線的"寬度"是所述導線在與所述導線的長度方向和遠離所述 成型件的前表面的方向垂直的方向上的尺寸。本發(fā)明的另一方面提供制造光電耦合組件的方法，所述光電耦 合組件包括(1)光電轉換單元，其配備有光電轉換元件；以及(2) 成型件，其配備有光纖插孔，其構造并設置成其中插入光纖從而使得所述光纖的末端面向所述光電轉換元件的活性層；前表面，其上安 裝所述光電轉換單元；以及導線，其電連接到所述光電轉換元件并且具有接合部，所述接合部的寬度沿遠離所述成型件的前表面的方向增 大。在該制造方法中，(1)將導線框架嵌入成型到所述成型件的前 表面內，使得所述接合部包含在形成所述成型件的樹脂內，所述導線的第一表面從所述成型件的前表面露出；以及(2)切割所述導線框架，使得所述導線的第二表面從與所述成型件的前表面鄰接的所述成 型件的側面露出。在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件及其制造方法中，可以接受的是， 通過采用蝕刻法在所述導線框架中形成導線形成圖案來形成所述接 合部。另外可以接受的是，所述導線構造成其厚度是變化的?？梢酝?過蝕刻或者鍍覆來實現(xiàn)所述導線的厚度變化。可以接受的是，第一表 面的寬度沿垂直于所述寬度的方向變化。所述導線的"厚度"是所述
導線在與所述成型件的前表面垂直的方向上的縱向尺寸。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光電耦合組件的成型件的透視圖。圖2是沿圖1中的線II-II截取的光電耦合組件的局部剖視圖并 且示出光電耦合組件的末端。圖3是在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導線框架的平面圖。圖4A和圖4B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導 線實例的剖視圖。圖5A和圖5B是示出在圖4A和圖4B中示出的導線的嵌入成型 狀態(tài)的剖視圖。圖6A和圖6B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的具 有鍍覆表面的導線實例的剖視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的光電耦合組件的成型件的縱向剖視 圖。該剖切面位于與光纖插孔平行并且包括導線的平面內。圖8A和圖8B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導 線的另一些實例的剖視圖。圖9A和圖9B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導 線的另一些實例從成型件的前面看到的正視圖。圖IO是示出在根據(jù)本發(fā)明的制造光電耦合組件的方法的實施例 中處于嵌入成型狀態(tài)的光電耦合組件的剖視圖。圖11是示出裝配有光纖的傳統(tǒng)光電耦合組件的剖視圖。
具體實施方式
通過下面的描述、所附權利要求書和附圖可以更清楚地了解本 發(fā)明的上述特點和其它特點、方面以及優(yōu)點。在描述附圖時，相同的 附圖標記用于相同的元件并且省略重復的說明。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光電耦合組件的成型件的透視圖。該光電耦合組件10包括本體(成型件)20，其整體形狀大致為立7
方體形；以及光電轉換單元40，其安裝到本體20的前表面21上。 本體20具有多個光纖插孔24，每個光纖插孔構造并設置成接受穿過 其中的光纖11，而光纖的末端11b面向光電轉換單元40的光電轉換 元件的活性層(active layer)。本體20還具有其上安裝光電轉換單 元40的前表面21。電氣配線圖案部分23設置在本體20的前表面21 以及與前表面21鄰接的側面22 (例如頂面和底面)上。電氣配線圖 案部分23包括交替排列的短電氣配線23a和長電氣配線23b。光纖 插孔24設置在短電氣配線23a之間。圖2是沿圖1中的線II-II截取的光電耦合組件IO的局部剖視圖 并且示出該光電耦合組件10的末端。光電轉換單元40具有光電轉換 元件41，光電轉換單元40的活性層42設置為面向本體20的光纖插 孔24。光電轉換單元40設置有用于向活性層42供電或者傳送來自 活性層42的信號的電極43。當將光電轉換單元40安裝到本體20的 前表面21上時，電極43與本體20的電氣配線圖案部分23接觸。圖3是在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導線框架的平面 圖。導線框架30具有將成為電氣配線圖案部分23的導線形成圖案 31。導線形成圖案31具有將成為短電氣配線23a的短導線31a和將 成為長電氣配線23b的長導線31b。切除了導線框架30的空間33設 置在導線31a和31b之間及其外側。在成型時，樹脂59填充空間33， 并且導線框架30嵌入成型到本體20中。用于定位導線框架30的定 位孔32設置在導線形成圖案31的四個角處。導線31a和31b是纖細的(非常窄)。例如，如果光纖ll的布 置間距為250pm，那么導線31a和31b的寬度大約為50pm。因此， 難以確保嵌入成型的導線的剪切強度。此外，在嵌入成型處理之后， 根據(jù)成型件20的形狀切割導線31a和31b，導線31a和31b的切割 表面從側面22露出以形成電極端子36。因為每個電極端子36的切 割表面的表面積僅僅是導線厚度和導線寬度的乘積，所以存在這樣的 可能性即如果僅使用這些切割表面作為接觸面，那么在制成的光電 耦合組件中將產生不良的電氣連接。因此，在根據(jù)本實施例的光電耦合組件中，每根導線31a和31b
都構造并設置成具有第一表面，其從成型件20的前表面21露出并 電連接到光電轉換元件；以及第二表面，其從成型件20的側面22 露出，該側面22與前表面21鄰接。此外，通過為每根導線31a和 31b提供寬度為Wl的加寬部43并且該寬度Wl比導線在成型件20 的前表面21處的寬度W0更寬，從而形成寬度沿遠離成型件20的前 表面21的方向增大的接合部。導線31a和31b嵌入成型到成型件20 的前表面21中，使得每根導線的接合部的至少一部分包含在形成成 型件20的樹脂20a內。另外，從導線框架30中切斷導線31a和31b， 以使得每根導線的端面(構成每根導線的一部分)從成型件20的與 前表面21鄰接的側面22露出。圖4A和圖4B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導 線實例的剖視圖，圖5A和圖5B是示出導線的嵌入成型狀態(tài)的剖視 圖。圖4A和圖5A示出具有梯形橫截面形狀的導線31a或31b。梯 形的底邊具有大于頂邊的寬度并且構成加寬部34。這樣，整根導線 31a或31b形成接合部37。嵌入成型的導線31a或31b的頂邊從樹脂 20a露出，接合部37的一部分嵌入樹脂20a中。以這樣的方式，導 線31a或31b可靠地嵌入成型到成型件20的前表面21內。圖4B和圖5B示出具有六邊形橫截面形狀的導線31a或31b。 加寬部34設置在中部，這樣，從前表面21到中部的部分形成接合部 37。嵌入成型的導線31a或31b的頂邊從樹脂20a露出，接合部37 的一部分嵌入樹脂20a中。以這樣的方式，導線31a或31b可靠地嵌 入成型到成型件20的前表面21內。例如，通過在薄銅片的一側形成掩模薄膜并從一側蝕刻銅片， 可以容易地形成圖4A所示的導線31a或31b的接合部。例如，通過 在薄銅片的兩側形成掩模薄膜并從兩側蝕刻銅片，可以容易地形成圖 4B所示的導線31a或31b的接合部。優(yōu)選的是，在準備配線結合的過程中，在進行嵌入成型以后在 導線31a和31b的表面上施加鍍層。圖6A和圖6B示出表面上施加 有鍍層35的圖4和圖5所示每根導線31a或31b的剖視圖。鍍層35 包括使用非電解鍍法施加到導線31a或31b的表面上的鎳(Ni)層(第
一施加層)和金(All)層(第二施加層)。另外可以接受的是，導線構造成其厚度是變化的。圖7是光電 耦合組件10的成型件20的縱向剖視圖。剖切面位于與光纖插孔24 平行并且包括導線31a或31b的平面內。導線31a或31b的頂端和底 端部分的厚度Tl大于一般部分的厚度T0，這樣從成型件20的側面 22露出的電極端子36更大。以這樣的方式增加導線31a或31b在頂 端和底端的厚度，使得當在導線3la或31b上施加豎直的力(向上或 者向下的力)時，導線31a或31b更加難以從成型件20上脫離。增 加的厚度還使得更容易實現(xiàn)配線結合并能夠以可靠的方式完成三維 配線，從而增加在封裝構造方面的自由度。這樣，當將光電耦合組件 10安裝到基板(未示出)上時，導線31a和31b的端面，即電極端 子36，以可靠的方式與基板的端子接觸?？梢酝ㄟ^蝕刻或者鍍覆來實現(xiàn)導線的厚度變化。當通過蝕刻實 現(xiàn)厚度變化時，對導線框架施加半蝕刻，從而使得導線31a和31b 的除端部以外的部分變得更薄。圖8A和圖8B是示出在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導 線的另一些實例的剖視圖。圖8A所示的導線31a或31b構造成具有 縮窄部60，該縮窄部的寬度W2小于導線在導線框架30的表面30a 處的寬度W0。圖8B所示的導線31a或31b具有波紋管狀橫截面形 狀。在兩種情況下都可以得到寬度沿遠離前表面21的方向增大的接 合部37。制造圖8A和圖8B所示導線的方法與制造圖4所示導線的 方法相同。圖9A和圖9B是示出當從成型件20的前表面21 (導線的第一 表面)觀看時，在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件中使用的導線的另一些 實例的正視圖?？梢越邮艿氖?，第一表面的寬度在與寬度垂直的方向 上變化。在圖9A所示的實例中，導線31A彼此之間相隔預定間距地 排列在成型件20的前表面21中，光纖插孔24設置在導線31A之間。 每根導線31A構造成其在前表面21上的寬度在前表面21平面中沿 著與寬度方向垂直的方向變化。更具體地說，每根導線31A在上側 具有加寬部Dl，在沿所述垂直方向(圖9B中的豎直方向)的下側
具有加寬部D2。此外，每根導線31A在沿豎直方向的中間部分具有 縮窄部D3。相反地，在圖9B所示的實例中，每根導線31B構造成 其在上側具有縮窄部D4，并沿所述垂直方向(圖9B中的豎直方向) 在下側具有縮窄部D5。此外，每根導線31B在沿豎直方向的中間部 分具有加寬部D6。導線31B構造成其寬度在導線表面的平面內沿垂直于導線31B 寬度的方向變化，使得當在導線表面的平面內沿垂直于導線31B寬 度方向的方向向導線31B施加力時，導線31B更加難以從成型件20 上脫離?？梢越邮艿氖?，導線寬度的變化是連續(xù)的或者是不連續(xù)的。 可以例如通過蝕刻制造寬度變化的導線?，F(xiàn)在說明在根據(jù)本發(fā)明的制造光電耦合組件的方法中使用的模 具。圖IO是示出在根據(jù)本發(fā)明的制造光電耦合組件的方法實施例中 處于嵌入成型狀態(tài)的光電耦合組件的剖視圖。模具50具有上模51 和下模52。當上模52和下模52組合在一起時在內部形成模腔53， 該模腔用于形成光電耦合組件10的本體20。通過定位銷57將第二 滑動型芯56固定在上模51和下模52的前側(圖10中的左側)，使 該第二滑動型芯面向第一滑動型芯55。第一滑動型芯56形成成型件 20的前表面21，光纖11的末端lla從該前表面露出。第一滑動型芯55具有用于形成成型件20中的插孔24 (光纖11 將穿過該孔)的多個芯銷54，并且該第一滑動型芯55插入在上模51 和下模52之間。用于調整第一滑動型芯55的高度的突出部58設置 在下模52的中間部分內部，從而可以調整第一滑動型芯55的豎直位 置。突出部58設置為通過從下方支撐第一滑動型芯55來調整第一滑 動型芯55的高度。突出部58還形成粘接劑注入口，通過該注入口注 入粘接劑以固定光電耦合組件內的光纖現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件的制造方法。在該制造方 法中，每根導線具有接合部并向設置為面向相應光纖的光電轉換元件 供電，將上述導線嵌入成型到成型件的前表面和與前表面鄰接的側面 中，該成型件構造成使光纖穿過其中并使光纖的末端從前表面露出。 將導線框架30嵌入成型到成型件20的前表面21中，從而使得每根11
導線的接合部的至少一部分包含在形成成型件20的樹脂20a中，而 每根導線的第一表面從前表面21露出。這樣，可以防止導線31a和 31b從成型件20的前表面21上脫離。此外，切割導線框架30，使得 每根導線31a或者31b的第二表面從與成型件20的前表面21鄰接的 成型件20的側面22露出。這樣，可以容易地制造三維配線圖案。下面將更詳細地闡述該制造方法。如圖IO所示，通過裝配兩個 模51和52形成模具50，這樣形成用于形成成型件20的模腔53。將 導線框架30和第二滑動型芯56安裝到上模51和下模52的前表面 51a和52a上，并且通過定位銷57定位。將突出部58的高度調整到 預定高度并插入第一滑動型芯55。通過將芯銷54的末端插入到設置 在第二滑動型芯56內的芯銷定位孔56b中來定位第一滑動型芯55。 然后，將樹脂20a注入到模具50的模腔53內并嵌入成型導線框架 30以形成成型件20。當完成這些步驟之后，如上所述，導線31a和 31b的加寬部34包含于樹脂20a的內部。當注入樹脂20a并完成導線框架30的嵌入成型時，將第一滑動 型芯55和第二滑動型芯56彼此分離并從模具中取出成型件20。接 下來，根據(jù)前表面21的尺寸切割嵌入成型于成型件20的前表面21 中的導線框架30。然后，拋光從側面22露出的端面并依次使用鎳和 金鍍覆該端面以形成電極端子36。最后，將光電轉換單元40.安裝到 成型件20的前表面21上，從而使光電轉換元件41的活性層42位于 光纖插孔24的正前方并使電極43與電氣配線圖案部分23 (即導線 31a和31b)接觸。通過以該方式制造光電耦合組件10，本體20的 前表面21形成為傾斜的并可改善傳輸性能。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件及其制造方法中，在 用于電連接到光電轉換單元的導線的橫截面內提供接合部，并將導線 嵌入成型到成型件的前表面內。導線形成為使接合部的至少一部分包 含于成型件的樹脂內。結果，在將導線嵌入成型之后，樹脂可以防止 導線脫離。另外，由于每根導線的一部分都設置成從與成型件的前表 面鄰接的側面露出，因此可以容易并可靠地形成三維電氣配線圖案。根據(jù)本發(fā)明的光電耦合組件及其制造方法可以作為如下光電耦
合組件及其制造方法，即該光電耦合組件用于將穿過設置在成型件 內的插孔的多根光纖連接到設置在成型件前表面上的光電轉換單元， 并使光電轉換單元面向插孔。雖然已經結合上述目前認為最實際的和最優(yōu)選的實施例描述了 本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明覆蓋包括 在所附權利要求書的精神和范圍內的各種變型和等同構造。2006年10月19日提交的日本專利申請No.2006-284845的包括 說明書、權利要求書、附圖和摘要在內的全部內容通過引用并入本文。
權利要求
1.一種光電耦合組件，包括光電轉換單元，其配備有包括活性層的光電轉換元件；以及成型件，其具有由樹脂制成的本體，并包括光纖插孔，其構造并設置成其中插入光纖，以使得所述光纖的末端面向所述光電轉換元件的活性層；前表面，其上安裝所述光電轉換單元；側面，其與所述前表面鄰接；以及導線，其嵌入成型到所述成型件中，所述導線具有第一表面，其從所述成型件的前表面露出并電連接到所述光電轉換元件；第二表面，其從所述成型件的側面露出；以及接合部，其寬度沿遠離所述成型件的前表面的方向增大，所述接合部的至少一部分包含在形成所述成型件的樹脂內。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光電耦合組件，其中， 所述導線的厚度是變化的。
3. 根據(jù)權利要求2所述的光電耦合組件，其中， 通過鍍覆實現(xiàn)所述導線的厚度變化。
4. 根據(jù)權利要求1所述的光電耦合組件，其中，所述第一表面的寬度沿垂直于所述第一表面的寬度的方向變化。
5. —種制造光電耦合組件的方法，包括提供光電轉換單元，所述光電轉換單元配備有包括活性層的光 電轉換元件； 提供由樹脂制成的成型件的本體，所述本體具有光纖插孔， 所述光纖插孔構造并設置成其中插入光纖，以使得所述光纖的末端面 向所述光電轉換元件的活性層；前表面，其上安裝所述光電轉換單元； 以及側面，其與所述前表面鄰接；通過在成型所述本體時將導線框架嵌入成型到所述本體中，以在所述成型件的本體上形成導線，從而使得所述導線的第一表面從所 述本體的前表面露出并電連接到所述光電轉換元件，所述導線包括寬度沿遠離所述前表面的方向增大的接合部，所述接合部的至少一部分 包含在所述本體的樹脂內；以及切割所述導線框架，從而使得所述導線的第二表面從所述本體 的側面露出。
6. 根據(jù)權利要求5所述的制造光電耦合組件的方法，還包括 通過采用蝕刻法在所述導線框架中形成導線形成圖案來形成所述接合部。
7. 根據(jù)權利要求5所述的制造光電耦合組件的方法，其中， 形成所述導線的步驟包括形成所述導線，使得所述導線的厚度是變化的。
8. 根據(jù)權利要求7所述的制造光電耦合組件的方法，其中，形成所述導線的步驟包括形成所述導線，使得通過蝕刻實現(xiàn) 所述導線的厚度變化。
9. 根據(jù)權利要求7所述的制造光電耦合組件的方法，其中形成所述導線的步驟包括形成所述導線，使得通過施加鍍層 實現(xiàn)所述導線的厚度變化。
10. 根據(jù)權利要求5所述的制造光電耦合組件的方法，其中，形成所述導線的步驟包括形成所述導線，使得所述第一表面的寬度沿垂直于所述第一表面的寬度的方向變化。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能夠形成三維電氣配線圖案的光電耦合組件及其制造方法。所述組件包括光電轉換單元，其配備有光電轉換元件；以及成型件。所述成型件包括插孔，其構造并設置成其中插入光纖，從而使得所述光纖的末端面向所述光電轉換元件的活性層；前表面，其上安裝所述光電轉換單元；以及側面，其與所述前表面鄰接。嵌入成型到所述成型件中的導線具有第一表面，其從所述成型件的前表面露出并電連接到所述光電轉換元件；第二表面，其從所述成型件的側面露出；以及接合部，其寬度沿遠離所述成型件的前表面的方向增大。所述接合部的至少一部分包含在形成所述成形件的樹脂內。
文檔編號G02B6/42GK101165519SQ200710163248
公開日2008年4月23日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權日2006年10月19日
發(fā)明者齋藤和人, 櫻井涉 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社