專利名稱：具有陶瓷封裝的光學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置具有多層陶瓷封裝的光學(xué)模塊。
背景技術(shù)：
常規(guī)及典型的光學(xué)模塊安裝有作為信號光光源的半導(dǎo)體激光二極管(下文中稱 為LD)和將信號光與外部光纖耦合的透鏡。一些光學(xué)模塊具有控制LD的溫度以保證信號 光的質(zhì)量的功能。在這種具有溫度控制功能的光學(xué)模塊中，熱電冷卻器(下文中稱為TEC) 安裝在封裝內(nèi)以將LD安裝于其上，并且，通過利用例如反射鏡將信號光的光軸進(jìn)行彎折而 將信號光引出。最近，除了兩種分別被稱為共軸型和蝴蝶型的基本布置以外，如在美國專利USP 7，476，040中公開的那樣已經(jīng)提出了采用第三種布置的光學(xué)模塊，其中作為多層陶瓷封裝 的模塊和光學(xué)耦合部件均附接至封裝的蓋體(蓋板)。與常規(guī)布置相比，在這種光學(xué)模塊 中，待安裝電子元件和光學(xué)元件的內(nèi)部空間被嚴(yán)格限制。有必要相對于LD的位置仔細(xì)地設(shè) 計下列位置透鏡的位置、濾光器或反射鏡的位置、用于檢測從LD發(fā)射出的部分信號光的 監(jiān)測光電二極管(下文中稱為MPD)的位置，等等。具有這種新布置的實(shí)際模塊的設(shè)計還需 要符合包括模塊生產(chǎn)率的成本要求。本發(fā)明提供一種具有多層陶瓷封裝以及安裝于其中的 TEC的光學(xué)模塊的新布置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)模塊包括例如為LD的半導(dǎo)體光學(xué)裝置、TEC、透鏡、反射鏡、透 鏡承載件和多層陶瓷封裝。所述LD安裝在所述TEC上。所述反射鏡相對于所述TEC的頂 板成45°角，所述LD和帶有所述透鏡的所述透鏡承載件安裝在所述頂板上，所述反射鏡將 從所述LD發(fā)射出的信號光朝向設(shè)置在所述反射鏡上方的外部光纖彎折。在本發(fā)明中，除所 述LD外，所述TEC還可以安裝有裝配在所述透鏡承載件上的所述透鏡和所述反射鏡。所述透鏡承載件可以具有一對側(cè)壁；傾斜部，其位于所述側(cè)壁之間；安裝空間， 其由所述側(cè)壁和所述傾斜部所包圍，所述透鏡安裝在所述安裝空間中。所述透鏡承載件頂 部的所述傾斜部相對于所述透鏡承載件的底部成45°角，同時，位于所述安裝空間內(nèi)的所 述透鏡直接設(shè)置在所述TEC的頂部上；相應(yīng)地，所述反射鏡以直角彎折通過所述透鏡入射 到所述反射鏡的信號光。所述透鏡的總寬度可以略小于所述側(cè)壁之間的總寬度，這使得可以將所述透鏡的 軸線與所述LD的軸線自動地對準(zhǔn)。所述透鏡可以具有矩形或圓筒形的外形。所述透鏡承載件還可以包括位于所述安裝空間底部的板，所述透鏡可以安裝在所 述板上。所述板可以設(shè)置有凹穴，以便利用所述圓筒形外形穩(wěn)固地安裝所述透鏡。所述透 鏡承載件還可以設(shè)置有位于所述側(cè)壁上的臺階。當(dāng)利用例如紫外線固化樹脂將透鏡固定到 透鏡承載件上時，多余的樹脂可以隨著透鏡插入安裝空間內(nèi)而漫延到臺階上。透鏡承載件 的側(cè)壁還可以在安裝空間的深端設(shè)置有另一個臺階。將透鏡的表面抵靠在所述臺階上，從而可以自動地確定透鏡相對于透鏡承載件的位置。


從參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，可以更好地理解前述目的 及其它目的、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)模塊的光學(xué)分組件的立體圖；圖2示出連接有FPC的光學(xué)模塊，其中光學(xué)模塊被部分剖開以示出其內(nèi)部；圖3是光學(xué)模塊的側(cè)剖視圖；圖4示出光學(xué)模塊的內(nèi)部；圖5示出光學(xué)模塊的底部；圖6示出安裝在光學(xué)模塊中的透鏡承載件；圖7是設(shè)置在光學(xué)模塊中的蓋體的剖視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)模塊的分解圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)分組件的分解圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的變型例的光學(xué)模塊；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的光學(xué)模塊；圖12示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的光學(xué)模塊；圖13A是安裝在圖12中示出的光學(xué)模塊中的包括透鏡、反射鏡和透鏡承載件的中 間組件的分解圖；以及圖13B是圖13A中示出的中間組件的立體圖；圖14A是具有改進(jìn)的透鏡承載件的中間組件的分解圖，以及圖14B是該中間組件 的立體圖；圖15A是具有圖14A和圖14B中示出的透鏡承載件但其透鏡替換為球形透鏡的中 間組件的分解圖；以及圖15B是圖15A中示出的中間組件的立體圖；圖16A是具有改進(jìn)的透鏡承載件的中間組件的分解圖，圖16B是圖16A中示出的 中間組件的立體圖，以及圖16C是該組件的主視圖；圖17A是具有圖16A和圖16B中示出的透鏡承載件但其透鏡具有圓筒形外觀的另 一中間組件，以及圖17B是具有與圖17A中示出的透鏡承載件相同的透鏡承載件但其透鏡 替換為球形透鏡的又一中間組件；圖18A是具有改進(jìn)的透鏡承載件的中間組件的分解圖；以及圖18B是圖18A中示 出的中間組件的立體圖；以及圖19是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的光學(xué)組件的仰視圖。
具體實(shí)施例方式接下來，將參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。在對附圖的說明中，相 同的數(shù)字或相同的符號代表相同的元件，不再進(jìn)行重復(fù)說明。如圖1所示，根據(jù)實(shí)施例的光學(xué)分組件包括陶瓷封裝1、蓋體2、連接套管3以及套 管部件4。套管部件4包括具有孔4c的圓筒體4a、兩個凸緣4e以及位于凸緣4e之間的頸 部4b。將連接于外部光纖端部的套圈接納在孔4c內(nèi)，以設(shè)定外部光纖的位置，從而可以實(shí) 現(xiàn)光纖與安裝在陶瓷封裝內(nèi)的裝置之間的光學(xué)耦合?？?c穿過設(shè)置在套管部件4的另一端上的邊緣凸緣4d。將頸部4b設(shè)置在肋部或突起上，肋部或突起設(shè)置在例如內(nèi)部安裝有光 學(xué)分組件的光收發(fā)器中，可自動地確定分組件在收發(fā)器內(nèi)的位置。連接套管3包括頂部3a和從頂部3a延伸的裙部3b，該連接套管3可以使陶瓷封 裝1與套管部件4光學(xué)耦合。具體地說，裙部3b接納蓋體2的圓筒部分2a，并且可以通過 調(diào)節(jié)圓筒部分2a伸入裙部3b內(nèi)的深度來實(shí)現(xiàn)沿著連接套管部件4與陶瓷封裝1的光軸的 光學(xué)對準(zhǔn)。另一方面，可以通過使套管部件4在頂部3a上滑動來實(shí)施在與光軸相垂直的平 面內(nèi)的光學(xué)對準(zhǔn)。對準(zhǔn)之后，將邊緣凸緣4d和裙部3b分別焊接到頂部3a和圓筒部分2a 上。陶瓷封裝1包括底部金屬件la、多層的陶瓷層Ib以及位于陶瓷層Ib頂部的密封 環(huán)lc。蓋體2可以由金屬(典型地為鐵(Fe)與鎳(Ni)的合金)制成；同時，密封環(huán)Ic可 以由柯伐(Kovar) (Fe、Ni與鈷(Co)的合金)制成。根據(jù)本實(shí)施例的封裝1的區(qū)別特征是 密封環(huán)Ic與陶瓷層Ib具有幾乎相同的厚度。FPC20從封裝1的底部延伸。該FPC20載有來自封裝1內(nèi)的裝置或發(fā)送至該裝置 的信號，并且向該裝置供電，以及當(dāng)封裝1安裝有TEC時向TEC供電。陶瓷封裝1可以呈尺 寸為5. 5X4. 5X2. 8(長X寬X高)mm3的盒體形狀。本實(shí)施例的密封環(huán)Ic的高度可以 為約1. 3mm，而陶瓷層的高度可以為約1. 5mm。圖2是連接有FPC 20的光學(xué)分組件的立體圖，其中，圖2省略了套管部件4和連 接套管3，并且封裝1的一部分被剖開以示出其內(nèi)部；圖3是封裝1的側(cè)剖視圖；圖4是封 裝1內(nèi)部的立體圖；以及，圖5示出封裝1的底部。從封裝1的底部的兩側(cè)延伸的FPC 20 具有兩個端部20a和20b，每個端部連接于封裝1的對應(yīng)側(cè)；多個焊盤20c，其位于FPC 20 的另一個端部；以及延伸部分20d，其位于FPC20的兩個端部之間。通過將延伸部分20d柔 性彎曲，F(xiàn)PC 20可以增強(qiáng)光學(xué)模塊與連接于焊盤20c上的電路板之間的導(dǎo)電性能。參考圖5，封裝1的底部設(shè)置有材料厚度相對較大的底部金屬件la。本實(shí)施例的 光學(xué)模塊設(shè)置有厚度為0. 5mm的銅制底部金屬件la。陶瓷層lb、密封環(huán)Ic和底部金屬件Ia形成了封裝1內(nèi)的空間10，該空間10內(nèi)安 裝有多個部件。根據(jù)本實(shí)施例的陶瓷層Ib具有六層，其中，第一層至第三層具有基本相同 的厚度，第四層和第五層相對較薄，而第六層相對較厚。從第一層至第五層設(shè)置有形狀基本 相同的開口，而只有第六層在對應(yīng)于與FPC 20相連的兩個邊緣的部分中具有較寬的開口。 相應(yīng)地，將第一層至第六層固定，暴露出第五層的頂部的兩個周邊，其上可以形成有多個互 聯(lián)線路Id和焊盤Ie或安裝有MPD 17的。第六層在其整個周邊上具有恒定的寬度，以便將 密封環(huán)Ic安裝于其上。盡管本實(shí)施例的光學(xué)模塊設(shè)置有銅制的底部金屬件la，但模塊不限于那些金屬。 與銅、銅鎢合金(CuW)或銅鉬合金(CuMo)的導(dǎo)熱性相當(dāng)?shù)姆墙饘俨牧峡梢赃m用于底板la。在空間10內(nèi)安裝有熱電冷卻器(TEC) 11、裝置承載件12、半導(dǎo)體光學(xué)裝置13、透鏡 承載件14、反射鏡15、透鏡16、監(jiān)測光電二極管17等等。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊安裝有 作為半導(dǎo)體光學(xué)裝置13的半導(dǎo)體激光二極管，并且被稱為光發(fā)射分組件(TOSA)。安裝在裝置承載件12上的LD 13向基本平行于封裝1底部的透鏡16的方向發(fā)射 光；相應(yīng)地，LD 13可以是所謂的邊緣發(fā)射LD的類型。本發(fā)明的LD 13可以與被稱為電吸 收調(diào)制器類型的光學(xué)調(diào)制器集成為一體。在該情況下，LD 13可以是由直流信號驅(qū)動的分
6布反饋(DFB)LD。MPD 17檢測從LD 13的背面發(fā)射的光并生成與背面光的光功率相對應(yīng)的 光電流，所述“背”向是與透鏡16相反的方向。MPD 17的光電流被反饋至控制電路，以保證 LD 13的光輸出功率的恒定。在裝置承載件12上安裝有熱敏電阻和電容器，熱敏電阻感知 LD 13的溫度，電容器消除疊加在傳向LD 13的電流上的噪音。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊 可以安裝有被稱為EA-DFB的裝置，該EA-DFB裝置將光學(xué)調(diào)制器與DFB (分布反饋)LD集成 為一體。在該情況下，以穩(wěn)定的直流電流驅(qū)動DFB-LD ；同時，可以由高頻信號驅(qū)動EA(電吸 收)調(diào)制器。從LD 13發(fā)射的前面光經(jīng)過透鏡16的會聚入射到反射鏡15。反射鏡15相對于封 裝1的底平面45°傾斜，反射鏡15可以將來自LD 13的光朝向與該底平面垂直的方向反 射。從而，LD 13可以與設(shè)置在封裝1上方的外部光纖光學(xué)耦合。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模 塊在其裝置承載件12上安裝有LD 13和熱敏電阻；并且，透鏡承載件14上的反射鏡15和 透鏡16安裝在TEC 11上。此外，TEC 11安裝在底部金屬件Ia上。如圖3所示，安裝在第 五陶瓷層上的MPD 17的水平高度低于安裝在TEC 11上的裝置承載件12的頂部高度。由 于從LD 13發(fā)射的光放射狀地傳播，因此這種布置使得MPD 17的感光表面可以檢測LD 13 的背面光。TEC 11可以通過在頂板和底板之間的熱傳遞來控制安裝在其頂板lib上的材料 的溫度。本實(shí)施例將LD 13安裝在頂板lib上，并且TEC 11可以將LD 13的溫度基本冷卻 下來，其中TEC 11的底板Ilc被從頂板lib傳遞的熱量加熱。相應(yīng)地，怎樣將底板Ilc的 熱量散出封裝1成為了一個問題。在根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊中，封裝1配備有厚的銅制 底部金屬件la，可以通過將底部金屬件Ia的表面制成設(shè)置在封裝1外部的部件來有效地散 發(fā)傳遞到底板Ilc的熱量。參考圖3，TEC 11包括頂板lib、底板Ilc以及位于頂板lib和底板Ilc之間的多 個熱電元件11a。向分別串聯(lián)連接并且具有半導(dǎo)體材料的p-n結(jié)的TEC元件Ila提供電流， TEC 11示出兩種控制模式冷卻頂板lib的同時加熱底板11c，或者加熱頂板lib而冷卻底 板11c?？梢酝ㄟ^改變電流方向來切換這兩種模式。通常在底板Ilc上形成用于提供電流 的電極，以消除安裝在頂板lib上的部件的熱容量，或者將頂板lib與從互聯(lián)線路上傳導(dǎo)到 電極的熱量相隔離。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊利用焊線將來自形成在第五陶瓷層頂部的電 極If的電流供應(yīng)給底板Ilc上的電極中的一個電極，并且利用焊線將來自暴露于第五陶瓷 層的切口 Is中的第四陶瓷層上的另一電極的電流供應(yīng)給底板Ilc上的另一電極。第五陶 瓷層和第四陶瓷層上的兩個電極通過各自的半孔Ih與封裝1底部的電源焊盤Ip連接。參考圖5，底部金屬件Ia偏離封裝1底部的中央。也就是說，底部金屬件Ia將陶 瓷層Ib底部的兩個周側(cè)暴露在外，F(xiàn)PC 20的兩個端部20a和20b附接到這兩個周側(cè)。第 一層底部的暴露周側(cè)設(shè)置有信號焊盤Ir，多個電源焊盤Ip以及兩個接地圖案lm、ln。這些 圖案In至Ir伴有形成在陶瓷層Ib的側(cè)面的半孔。當(dāng)將圖案焊接到FPC 20上時，半孔Ih 可以接納過剩的焊料，從而可以抑制過剩的焊料在FPC 20上延伸。最后一個圖案Im上安 裝有底部金屬件la。兩個接地圖案lm、ln可以彼此電絕緣，并且前一個圖案Im具有機(jī)架地 線的功能，而另一個圖案In成為信號地線。參考圖4，只有第一陶瓷層上形成與信號焊盤Ir相對應(yīng)的半孔lh，而在第一陶瓷 層至第四陶瓷層上形成用于其它焊盤lp、ln的半孔。向信號焊盤Ir提供的信號可以經(jīng)由半孔Ih的金屬涂層的傳導(dǎo)而傳送至第一陶瓷層頂部的互聯(lián)線路，通過互聯(lián)線路輸入陶瓷 層內(nèi)，并且通過從第二層底部至第五層頂部的通孔最終到達(dá)第五陶瓷層上的頂部互聯(lián)線路 Id?？梢酝ㄟ^在上述通孔周圍設(shè)置接地孔來調(diào)節(jié)其特性阻抗，從而與互聯(lián)線路的傳輸阻抗 一致。也可以通過對位于頂部互聯(lián)線路Id下方的第四層頂部的接地圖案進(jìn)行設(shè)定來調(diào)節(jié) 頂部互聯(lián)線路Id的特性阻抗，該接地圖案形成微型帶狀線路構(gòu)造；或者通過在頂部互聯(lián)線 路Id的兩側(cè)上布置接地線路來進(jìn)行調(diào)節(jié)，該接地線路模擬共面線路。此外，也可以通過模 擬微型帶狀線路或共面線路來調(diào)節(jié)與信號焊盤Ir連接的FPC 20上的互聯(lián)線路的特性阻 抗。因此，即使驅(qū)動信號包含超過lOGb/s的高頻部分，具有根據(jù)本實(shí)施例的FPC 20的光學(xué) 模塊也可以在不嚴(yán)重降低信號質(zhì)量的情況下向封裝1中的LD 13提供驅(qū)動信號。圖6放大地示出安裝有透鏡16和反射鏡15的透鏡承載件14的組件。透鏡承載 件14包括一對側(cè)壁14a和傾斜面14c，該傾斜塊連接側(cè)壁14a并且其上安裝有反射鏡15。 透鏡16安裝在反射鏡15前方兩側(cè)壁14a之間的空間14d內(nèi)。側(cè)壁14a的中部形成有內(nèi)臺 階14b。內(nèi)臺階14b可以為接收過剩粘合劑的部分，該粘合劑用于將透鏡16固定到透鏡承 載件14上。透鏡16包括位于其中央的透鏡主體16a以及位于其外周的支撐件16b。該外周 的外形為圓筒形，其總寬度略小于側(cè)壁14a之間的空間14d的寬度。圖6示出的實(shí)施例被 設(shè)計為在支撐件16b與側(cè)壁14a之間存在大約10 μ m的間隙。相應(yīng)地，將具有圖6中所示 外形的透鏡16設(shè)置在空間14d內(nèi)，透鏡16的光軸可以與透鏡承載件14的軸線在機(jī)械精度 內(nèi)對準(zhǔn)。本實(shí)施例中的透鏡主體16a是非球面的，即，本實(shí)施例中的透鏡16為非球面透鏡。 傾斜面14c相對于透鏡承載件14的底部14e基本成45°角。因此，穿過透鏡16并入射到 反射鏡15的光可以在透鏡16的光軸方向上彎折90°，并向上繼續(xù)前進(jìn)。圖7是蓋體2的剖視圖。蓋體2包括圓筒部分2a和蓋板2b，該圓筒部分2a中央 具有孔2e。蓋板2b設(shè)置有凹穴2h，平面形狀的窗體2c通過密封玻璃2d固定在凹穴2h內(nèi)， 從而將孔2e覆蓋。密封玻璃2d僅僅粘接在窗體的外周部上，以保證來自反射鏡15的光路。蓋板2b的外周部2f形成得較薄，以便與封裝1的密封環(huán)Ic相焊接。此外，位于 圓筒部分2a和蓋板2b之間的部分2g也形成為較薄，該部分2g具有減輕密封環(huán)Ic與外周 部2f之間的密封部分所受到的應(yīng)力的作用。也就是說，套管部件4和連接套管3機(jī)械地固 定在裝有這種光學(xué)模塊的裝置上，以保證與外部光纖的光學(xué)耦合，同時，陶瓷封裝1也需要 相對于收發(fā)器機(jī)械定位；因此，包括光學(xué)模塊和封裝的光學(xué)分組件機(jī)械固定在收發(fā)器的兩 端上，并將應(yīng)力集中在固定端之間的部分上。當(dāng)蓋體2在圓筒部分2a和蓋板2b之間不具 有厚度薄的部分時，應(yīng)力可能會傳導(dǎo)到待與密封環(huán)Ic密封的部分2f上，這將導(dǎo)致空間10 內(nèi)的氣密性降低。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊在圓筒部分2a和蓋板2b之間設(shè)置有較薄的部 分2g，以吸收從連接套管3和套管部件4傳導(dǎo)來的應(yīng)力。該部分2g的厚度應(yīng)小于圓筒部分 2a和蓋板2b的厚度。圖8和圖9說明了裝配本實(shí)施例的光學(xué)模塊的方法。如圖8所示，首先通過例如 常規(guī)的芯片焊接(die-bonding)技術(shù)在裝置承載件12上安裝LD 13和其它電子元件?？?以利用例如錫-銀-銅(SnAgCu)的共晶合金來進(jìn)行芯片焊接。在裝置承載件12上設(shè)置互 聯(lián)線路12a，并且將LD 13引線焊接(wire-bonded)在該互聯(lián)線路12a上。隨后，將該中間 組件安裝在TEC 11的頂板lib上。在TEC 11的頂板lib上設(shè)置有兩個導(dǎo)電焊盤lld、lle，并且上述中間組件將被安裝到焊盤Ild上。接下來，利用上述SnAgCu的共晶合金將已安裝 有中間組件的TEC 11安裝到底部金屬件Ia上。在安裝TEC 11之前，利用例如為錫-金 (AuSn)合金的另一種共晶合金在封裝1的第五陶瓷層Ib上安裝MPD 17。在安裝TEC 11的同時，將反射鏡15安裝到透鏡承載件14的傾斜面14c上，并將 透鏡16安裝到透鏡承載件14的側(cè)壁14a之間。利用例如紫外線固化樹脂而實(shí)施反射鏡15 和透鏡16的安裝。透鏡16的總寬度略小于側(cè)壁14a之間的空間，并且透鏡16的總高度被 調(diào)節(jié)為當(dāng)將透鏡16設(shè)置在從透鏡承載件14的底部14e延伸的假象平面上時，透鏡主體 16a的中心與LD 13的光軸重合。相應(yīng)地，將透鏡承載件14放置到參考板上，并且將在支撐 件16b兩側(cè)上具有紫外線固化樹脂的透鏡16插入側(cè)壁14a之間的空間14d內(nèi)，從而將支撐 件16b的底部設(shè)定為與參考板相接觸，可以自動地執(zhí)行透鏡16相對于透鏡承載件14的光 學(xué)對準(zhǔn)。由于支撐件16b的側(cè)面與側(cè)壁14a的內(nèi)側(cè)之間的間隙非常小，因此可使透鏡16與 光軸之間的平行度設(shè)置為處于間隙的公差以內(nèi)，并且可以通過支撐件16b底部的平面度確 定沿光軸的傾斜度。側(cè)壁的臺階14b可以吸收過剩的樹脂。將如此裝配有反射鏡15和透鏡16的透鏡承載件組件安裝到封裝1內(nèi)的TEC 11 上。將視覺監(jiān)控機(jī)構(gòu)設(shè)定在反射鏡15上方，并且監(jiān)視由反射鏡15所反射的LD 13的圖像， 通過使透鏡承載件組件在TEC 11的焊盤lie上滑動可以對準(zhǔn)透鏡承載件組件，從而將LD 13的圖像設(shè)定在中央。對準(zhǔn)之后使樹脂硬化，可以將透鏡承載件組件固定在TEC 11的頂板 lib上。圖8示出其上待安裝透鏡承載件組件的焊盤lie ；可以在頂板lib上直接安裝透鏡 承載件組件。焊盤IlcUlle可以增強(qiáng)該承載件的粘合度。接下來，將蓋體2與密封環(huán)Ic接縫密封，從而保證空間10的氣密性。在接縫密封 之前，在蓋體2上安裝窗體2c。隨后，連接套管3以其裙部3b覆蓋圓筒部分2a，并且套管部 件4與連接套管3的頂部3a對準(zhǔn)。典型地通過YAG激光實(shí)施對部件的固定。最后，將FPC 20焊接到封裝1的底部，以完成根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊。(第一變型例)圖10是示出根據(jù)實(shí)施例的一個變型例的另一種光學(xué)模塊IA的立體圖。圖10是 示出光學(xué)模塊IA內(nèi)部的局部剖視圖。與圖4中示出的前述模塊相比，光學(xué)模塊IA具有如 下方面的區(qū)別特征模塊IA上未設(shè)置有透鏡承載件14。也就是說，從LD 13發(fā)出的光直接 入射到具有棱鏡構(gòu)造的反射鏡115中，該棱鏡由例如在鏡面具有金屬涂層的玻璃制成。棱 鏡反射鏡115的入射面與反射鏡115的底面成45°角，因此，由鏡面反射的出射光向上繼續(xù) 前進(jìn)。本實(shí)施例中的光學(xué)模塊IA設(shè)置有非球面透鏡116而非前述實(shí)施例中的窗體2c，該窗 體2c設(shè)置在蓋體2的凹穴2h中并通過密封玻璃來保證內(nèi)部空間10的氣密性。TEC 11的功耗主要取決于安裝于其上的部件的熱容量。TEC 11的功耗可以隨著 這些部件的熱容量的變小而減少。此外，TEC 11的溫度控制的響應(yīng)可隨著熱容量變小而變 快。前述模塊的TEC 11上安裝帶有透鏡16和反射鏡15的透鏡承載件14，然而，如圖10所 示的變型光學(xué)模塊僅僅在TEC 11上安裝有反射鏡115，這不但可以使用更小的TEC 11，而 且可以提高精度并增強(qiáng)溫度控制的響應(yīng)。此外，該光學(xué)模塊IA改變了 MPD 117的位置。如圖3的剖視圖所示，前述模塊的 MPD 17安裝在第五陶瓷層Ib上。然而，本模塊IA的MPD 117安裝在第四陶瓷層Ib上，這 使得從LD 13的背面看去立體角較大，并且增強(qiáng)了 MPD 117對背面光的監(jiān)視效率。
根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)模塊IA利用透鏡116而不是前述模塊中的窗體2c來氣密地 密封其內(nèi)部10，這不但減少了部件的數(shù)量，而且由于與前述實(shí)施例相比，透鏡116與LD 13 分離，因此盡管透鏡116的孔徑需要加寬，但仍然可以提高光學(xué)對準(zhǔn)精度。(第二實(shí)施例)圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的光學(xué)模塊IB的立體圖。圖11所示出 的光學(xué)模塊IB具有如下方面的區(qū)別特征模塊IB具有透鏡承載件214和位于承載件214 上的透鏡216。從LD 13發(fā)射的光首先如圖10所示的上一實(shí)施例的模塊IA那樣入射到反 射鏡15，繼而通過反射鏡的反射向上前進(jìn)。本實(shí)施例的光學(xué)模塊IB的蓋體2中設(shè)置有窗體 202c并且透鏡承載件214上設(shè)置有透鏡216。因此，模塊IB可使從LD 13到透鏡216的距 離變長，這迫使透鏡216的孔徑變大，但提高了透鏡216與LD 13之間的對準(zhǔn)精度。由于透鏡216安裝在透鏡承載件214的頂部，透鏡承載件組件的總高度被迫增大。 模塊IB的密封環(huán)Ic的高度被設(shè)定為大于前述模塊的密封環(huán)的高度，以補(bǔ)償透鏡承載件組 件的高度的增加。盡管透鏡216的直徑和封裝1的高度被迫增加，但本實(shí)施例的光學(xué)模塊 IB可以提高透鏡216的光學(xué)對準(zhǔn)精度。(第三變型例)圖12示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的另一種光學(xué)模塊1C。與前述實(shí)施例相比， 模塊IC具有如下方面的區(qū)別特征封裝301、裝置承載件312、透鏡承載件314和透鏡316。 也就是說，本實(shí)施例中的陶瓷封裝Ib也具有六層陶瓷層，但各層的厚度與前述實(shí)施例中的 陶瓷層有所不同，并且陶瓷層的總厚度大于前述實(shí)施例中的陶瓷層的總厚度；相應(yīng)地，最上 陶瓷層上的密封環(huán)301c變薄。如已說明的那樣，密封環(huán)可以由柯伐制成，并且隨著其厚度的增加，其機(jī)械強(qiáng)度越 發(fā)難以保證。使光學(xué)模塊IC的密封環(huán)Ic的厚度變小，但使陶瓷層301b的厚度變大，以補(bǔ) 償厚度的減小，從而保證足夠的內(nèi)部空間10。從而，本實(shí)施例的內(nèi)部空間10的體積變得與 上述實(shí)施例中的內(nèi)部空間的體積相當(dāng)。在內(nèi)部空間10內(nèi)安裝有TEC 11、帶有LD 13的裝置承載件312、帶有反射鏡15和 透鏡316的透鏡承載件314。除了 LD 13之外，承載件312上還設(shè)置有向后延伸的互聯(lián)線路 312a，其中“向前”對應(yīng)于LD 13的前面的方向、“向后”對應(yīng)于LD 13的后面的相對方向。 另一待與互聯(lián)線路312a引線焊接的互聯(lián)線路301d設(shè)置在封裝301的第四陶瓷層301b上。 第四陶瓷層301b的水平位置與裝置承載件312的頂部的位置基本相等，這使得連接于其間 的焊線的長度最小，并且減少了焊線固有的寄生電感。以偏置的方式設(shè)置本實(shí)施例的TEC 11的TEC元件11a。具體地說，TEC元件Ila 僅僅布置在裝置承載件312下方的部分上。這是因為待進(jìn)行溫度控制的裝置僅為LD 13， 而帶有透鏡316和反射鏡15的透鏡承載件314的溫度控制僅為次要問題。在透鏡承載件 314下方形成有空間，并且在該空間內(nèi)的底板Ilc上形成有兩個電極1 Id、1 Ie。如前述實(shí)施 例那樣，本實(shí)施例中的TEC 11也直接安裝于底部金屬件301a上。圖13A和圖13B說明了本實(shí)施例的透鏡承載件組件，其中圖13A是分解圖而圖13B 是立體圖。本實(shí)施例的透鏡承載件314設(shè)置有一對側(cè)壁314a和位于側(cè)壁314a之間的傾斜 面314c，傾斜面314c用于在其上安裝反射鏡15，并且透鏡承載件314的安裝空間314d從傾 斜面314c的底部延伸。透鏡承載件314的尺寸約為1.6X2. 2 X LOmm3 [長(e) X寬(g) X高(f)]。如前述的透鏡承載件那樣，底部314e為光學(xué)參考平面。傾斜面314c相對于底部 314e成45°角，而空間314d與底部314e基本平行。透鏡316的中央設(shè)置有透鏡主體316a，并且支撐件316b圍繞透鏡主體316a。本 實(shí)施例的支撐件316b具有矩形結(jié)構(gòu)，其尺寸約為0.8X1. OX 1.0mm3[長(e) X寬(g) X高 (k)]；同時，反射鏡15的尺寸為1. 5X1. 5mm2[長(h) X寬(i)]。將透鏡316這樣安裝在空 間314d中，使得支撐件316b的前邊緣與透鏡承載件314的前邊緣314g對準(zhǔn)。此外，如此 設(shè)定TEC 11上的具有透鏡316的透鏡承載件314，使得其前邊緣314g與裝置承載件312對 準(zhǔn)，從而可以實(shí)施LD 13與透鏡316之間的對準(zhǔn)。接下來，將對各種類型的透鏡和透鏡承載 件進(jìn)行說明。圖14A是帶有透鏡16和反射鏡15的另一種透鏡承載件414的分解圖；而圖14B 是透鏡承載件組件的立體圖。本實(shí)施例的透鏡承載件414在透鏡安裝空間414d方面具有 特征。本實(shí)施例的透鏡16與第一實(shí)施例中的透鏡16相同。具體地說，透鏡16的中央設(shè)置 有透鏡主體16a，并且在支撐件16b圍繞透鏡主體16a。支撐件16b呈圓筒形。透鏡承載件414設(shè)置有側(cè)壁414a，但是側(cè)壁414a沒有延伸至裝置安裝空間414d 的側(cè)面。側(cè)壁414a僅固定反射鏡15的側(cè)面。透鏡安裝空間414d的中央設(shè)置有凹穴414f 以供透鏡16安置。凹穴414f和圓筒形支撐件的這種布置可以使透鏡16的位置自動對準(zhǔn)。 通過使支撐件16b的邊緣對準(zhǔn)透鏡承載件414的前邊緣414g，并且通過使該前邊緣414g對 準(zhǔn)裝置承載件12，可以確定LD 13和透鏡416之間的距離。本實(shí)施例的透鏡16的尺寸為 1.0X0. 8mm2[直徑(ρ) X 厚度(η)]。圖15Α是具有另一種透鏡的透鏡承載件組件的分解圖；而圖15Β是透鏡承載件組 件的立體圖。該組件具有呈球形的另一種透鏡416。透鏡416被設(shè)置在安裝空間414d的凹 穴414f中。相應(yīng)地，即使球形透鏡416沒有任何支撐部件，可以通過將透鏡416的邊緣對 準(zhǔn)安裝空間414d的前邊緣414g而容易地確定透鏡416的位置。利用透鏡416的直徑以及 凹穴414f的寬度和深度確定在與連接LD 13和透鏡416的軸線垂直的方向上的對準(zhǔn)。本 實(shí)施例中的透鏡416的直徑[q]為1. 5mm。圖16A至圖16C示出根據(jù)本發(fā)明的另一種透鏡和透鏡承載件。本實(shí)施例的透鏡 316與前述一實(shí)施例中透鏡316相同并且具有矩形支撐件316b，同時，本實(shí)施例的透鏡承載 件514具有新的特征透鏡承載件514在傾斜面514c的側(cè)面具有側(cè)壁514a，但在安裝空間 514d的側(cè)面不具有側(cè)壁514a，并且不具有如第一實(shí)施例中那樣的位于安裝空間514d內(nèi)的 板。側(cè)壁514a在安裝空間514d的側(cè)面形成臺階514b。具有矩形外觀的透鏡316被設(shè)置在側(cè)壁514a之間的參考板上。該參考板上還安 裝有透鏡承載件514，從而將透鏡承載件514的底部514e設(shè)定在該參考板上，并將參考板的 前端與透鏡承載件514的前邊緣514g對準(zhǔn)。由于支撐件316b的寬度略微窄于安裝空間的 間隔，并且支撐件316b的底部基本垂直于支撐件316b的前、后表面，因此可以如第一實(shí)施 例那樣自動地執(zhí)行透鏡316與透鏡承載件514以及與LD 13的對準(zhǔn)。圖17A和圖17B是具有圖16A至圖16C中示出的透鏡承載件514類型的透鏡承載 件組件的立體圖，但其中每個透鏡分別替代第一實(shí)施例中的透鏡16以及球形透鏡416。將 支撐件16b的寬度或者透鏡416的直徑設(shè)定為略微小于圖16A示出的側(cè)壁514a之間的寬 度r，例如在一側(cè)留約10 μ m的間隙，從而可將透鏡16或416與透鏡承載件514對準(zhǔn)。兩側(cè)的臺階514b可以吸收例如紫外線固化樹脂等過剩的粘合劑，以防止樹脂漫延到透鏡的光 學(xué)敏感區(qū)域上。圖18A是示出具有另一種不同的布置的透鏡承載件的分解圖，以及圖18B是該透 鏡承載件組件的立體圖。本實(shí)施例的透鏡承載件614相對圖17A中示出的透鏡承載件514 來說具有以下區(qū)別特征透鏡承載件614的側(cè)壁614a在安裝空間614d的深端設(shè)置有另一 個臺階614h。將透鏡316從前方插入安裝空間614d中，支撐件316b的后表面可以抵靠臺 階614h，這樣可以自動地確定透鏡316沿光軸的相對位置?？梢匀缫呀?jīng)說明的那樣利用支 撐件316b和安裝空間614d的尺寸以及通過將透鏡承載件614的底部614e設(shè)定為光學(xué)參 考板來實(shí)施垂直于光軸的對準(zhǔn)。盡管圖18A和圖18B說明了設(shè)置有帶矩形支撐件316b的 透鏡316的透鏡承載件組件的例子，但是本實(shí)施例的透鏡承載件614也可以在透鏡16上裝 配圓筒形的支撐件16b。通過使支撐件16b的后表面抵靠臺階614h，可以自動地確定透鏡 16的位置。(第四變型例)圖19示出具有變型布置的封裝101的底部。根據(jù)本實(shí)施例的封裝101具有與前 述實(shí)施例類似的特征，但具有下述方面的區(qū)別特征本實(shí)施例的底部金屬件Ia與第二陶瓷 層的底部連接而非像前述實(shí)施例那樣與第一陶瓷層的底部連接。具體地說，在很寬的范圍 內(nèi)切割第一陶瓷層，從而留下兩個邊緣，多個焊盤lOlpUOlr形成在該邊緣上并且FPC 20 與該邊緣連接。陶瓷層的底部設(shè)置有接地圖案IOlm以便在其上固定底部金屬件la。接地 圖案IOlm與第一陶瓷層上的其它接地圖案IOln電絕緣。前一接地圖案IOlm設(shè)置有機(jī)架 地線，而后一接地圖案IOln具有信號地線的功能，其中后一接地圖案IOln圍繞信號焊盤 101r。當(dāng)如第一實(shí)施例中那樣，兩接地圖案lm、ln形成在同一陶瓷層上時，必需設(shè)置將 兩接地圖案分隔開的空間。另一方面，當(dāng)在陶瓷層上分別形成接地圖案時，可通過陶瓷層自 身實(shí)現(xiàn)電絕緣，其使得可以將兩接地圖案布置得足夠接近；因此，可以減少封裝的大小。此外，圖19所示的封裝101的邊緣具有切口 101q，信號焊盤IOlr設(shè)置在該邊緣 上，僅在第一和第二陶瓷層中形成該切口 IOlq中的半孔101h，并且第三層上方的陶瓷層懸 伸于切口 IOlq上。當(dāng)將FPC 20焊接于該邊緣上時，焊料注入半孔IOlh中并在FPC 20上 的焊盤上漫延。FPC 20上焊料所漫延的部分缺乏FPC 20的柔韌性并且該處變得難以彎曲。 由于在陶瓷層上形成了切口 IOlq并且在該切口 IOlq的深端形成有半孔101h，焊料在FPC 20上的漫延被限制在切口 IOlq內(nèi)，這使得FPC 20可在緊鄰封裝101處彎曲。盡管已參考附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了全面的說明，應(yīng)該理解，各種 變化和變型對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。應(yīng)該將這些變化和變型理解為包含在由 所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍以內(nèi)，除非它們脫離了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
一種與外部光纖光學(xué)耦合的光學(xué)模塊，包括半導(dǎo)體光學(xué)裝置，其發(fā)射信號光，所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置的光軸與所述外部光纖的光軸基本垂直；熱電冷卻器，其上安裝有所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置，以便控制所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置的溫度；透鏡，其將所述信號光會聚在所述外部光纖上；反射鏡，其將沿所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置的所述光軸傳播的所述信號光朝向所述外部光纖反射；透鏡承載件，其上安裝有所述透鏡和所述反射鏡；以及多層陶瓷封裝，其安裝有所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置、帶有所述透鏡和所述反射鏡的所述透鏡承載件、以及所述熱電冷卻器，其中，所述熱電冷卻器上安裝有帶有所述透鏡的所述透鏡承載件。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊， 其中，所述透鏡承載件包括 一對側(cè)壁，傾斜部，其與所述側(cè)壁連接并且其上安裝有所述反射鏡，以及 底部，其中，所述傾斜部相對于所述底部基本成45°角，并且 所述側(cè)壁與所述傾斜部形成安裝空間，所述透鏡安裝在所述安裝空間內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡的總寬度略小于所述側(cè)壁之間的總寬度，并且 所述透鏡被直接安裝到所述熱電冷卻器上。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡包括非球面透鏡的透鏡主體以及圍繞所述透鏡主體的支撐件， 所述支撐件具有矩形形狀，并且所述支撐件的總寬度略小于所述側(cè)壁之間的總寬度。
5.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡包括非球面透鏡的透鏡主體以及圍繞所述透鏡主體的支撐件， 所述支撐件具有圓筒形形狀，并且所述支撐件的總寬度略小于所述側(cè)壁之間的總寬度。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡的總寬度略小于所述側(cè)壁之間的總寬度，并且 所述透鏡通過使所述側(cè)壁相連的板安裝在所述熱電冷卻器上。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)模塊， 其中，所述透鏡具有圓筒形外形，并且所述板的中央具有凹穴，以匹配所述透鏡的所述圓筒形外形。
8.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡通過紫外線固化樹脂固定在所述側(cè)壁上，并且 所述側(cè)壁均設(shè)置有中間臺階以供過剩的紫外線固化樹脂漫延。
9.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)模塊，其中，所述側(cè)壁均在所述安裝空間的深端設(shè)置有另一個臺階， 所述透鏡抵靠所述另一個臺階。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡直接安裝在所述熱電冷卻器上，并且所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置通過裝置承 載件安裝在所述熱電冷卻器上，并且所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置的光軸與所述透鏡的光軸以及所述反射鏡的光軸對準(zhǔn)，所述透鏡 和所述反射鏡均通過所述透鏡承載件安裝在所述熱電冷卻器上。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其中，所述透鏡安裝在所述透鏡承載件的頂部，從而使得所述透鏡將由所述反射鏡反 射的所述信號光與所述外部光纖光學(xué)耦合。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)模塊，其中，所述半導(dǎo)體光學(xué)裝置是半導(dǎo)體激光二極管。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)模塊，其中，所述半導(dǎo)體激光二極管與電吸收型的光學(xué)調(diào)制器集成為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學(xué)模塊，其中所述模塊具有LD、TEC，并且透鏡連同透鏡承載件均安裝在所述TEC上。來自所述LD的信號光被所述透鏡會聚并被所述反射鏡反射，所述透鏡和所述反射鏡均裝配在安裝于在所述TEC上的所述透鏡承載件上。所述TEC安裝在底部金屬件上，所述底部金屬件覆蓋陶瓷封裝的底部，在很寬的范圍內(nèi)切割所述陶瓷封裝的第一陶瓷層，以將所述TEC安裝在所述陶瓷封裝內(nèi)。FPC接合在從切口露出的所述第一陶瓷層的至少兩個邊緣上。
文檔編號G02B6/42GK101995624SQ201010264279
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者中西裕美, 木原利彰 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社