用于光學(xué)組件的可環(huán)境密封的封裝的制作方法
【專利摘要】一種光學(xué)封裝可以實(shí)現(xiàn)將光電子部件(4)相對(duì)于所述光學(xué)封裝外部的環(huán)境進(jìn)行環(huán)境密封。該光學(xué)封裝包括具有開口后端的包圍構(gòu)件(36)；以及包括柔性電路(62)的后端密封構(gòu)件(60)。該光電子部件(4)被放置在所述包圍構(gòu)件(36)內(nèi)并且所述后端由所述后端密封構(gòu)件(60)密封，從而環(huán)境密封所述開口后端。該柔性電路(62)提供了所述光電子部件(4)和所述外部環(huán)境之間的電連接。
【專利說(shuō)明】用于光學(xué)組件的可環(huán)境密封的封裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種光學(xué)組件，并且更具體地說(shuō)涉及一種用于光學(xué)組件的環(huán)境密封封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]由于利用光傳輸系統(tǒng)能夠獲得高可靠性以及大的帶寬，所以使用光纖作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(包括語(yǔ)音數(shù)據(jù))的介質(zhì)已經(jīng)變得普通。這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)是用于發(fā)送/接收光學(xué)信號(hào)以及復(fù)用/分用信號(hào)的光學(xué)組件，通常被統(tǒng)稱為光電子(OE)部件。
[0003]在許多應(yīng)用中，OE部件裝置會(huì)遭受惡劣環(huán)境，例如水、高溫、極寒、高海拔等等。一般地，為了在這種惡劣環(huán)境中可靠地工作，OE部件被制造為處于密閉套中，這在現(xiàn)有技術(shù)中成本是相當(dāng)高的。此外，許多這種裝置需要布沒(méi)能夠從密閉套的外部進(jìn)入密閉套內(nèi)的部件的電連接。在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，密封電饋通方法通常使用昂貴的陶瓷或者玻璃絕緣材料面板，其具有對(duì)貫穿絕緣板中的開口的金屬導(dǎo)電銷的玻璃/焊料密封。這些方法是昂貴的并且必須小心地設(shè)計(jì)導(dǎo)體貫穿配置以同時(shí)對(duì)封裝中的有源元件以及封裝外部設(shè)置的電路互連阻抗匹配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]所要求保護(hù)的發(fā)明提供一種與密封的光學(xué)接頭連接方法結(jié)合高速柔性電路電子接口以用于光學(xué)耦合。一種光學(xué)封裝允許光電子部件相對(duì)于所述光學(xué)封裝外部的環(huán)境被環(huán)境密封。該光學(xué)封裝包括具有開口后端的包圍構(gòu)件；以及包括柔性電路的后端密封構(gòu)件。該光電子部件被放置在包圍構(gòu)件內(nèi)并且后端由后端密封構(gòu)件密封，從而環(huán)境密封開口后端。該柔性電路提供所述光電子部件和所述外部環(huán)境之間的電連接。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]本發(fā)明現(xiàn)將參考附圖通過(guò)示例的方式進(jìn)行描述，其中:
[0006]圖1是使用真實(shí)位置工作臺(tái)方法的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)組件的軸向視圖；
[0007]圖2是圖1的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)組件的俯視圖；
[0008]圖3所示的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的與凸緣組件耦合的光具座的一個(gè)方面；
[0009]圖4所示的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的滑管的一個(gè)方面；
[0010]圖5所示的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的壓環(huán)和滑管；
[0011]圖6-8所示的是以相繼次序展示根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的制作環(huán)境密封封裝的步驟和結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的部分剖面圖；
[0012]圖9描述的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的多層柔性電路；
[0013]圖1OA描述的是圖9的多層柔性電路的一對(duì)部分的仰視圖；并且圖1OB是沿圖9的線A-A截取的相同一對(duì)部分的截面?zhèn)纫晥D，示出了根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的第一掩模/蝕刻步驟；
[0014]圖1lA和1lB所示的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的第二掩模/蝕刻步驟；
[0015]圖12A和12B描述的是根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例的切割步驟；并且
[0016]圖13是沿著軸線X-X旋轉(zhuǎn)90度的圖12A的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本要求保護(hù)的發(fā)明可用于提供一種用于任意種類的裝置的環(huán)境密封封裝。這里描述的一個(gè)實(shí)施例用于提供一種用于光學(xué)部件的氣密密封，并且更具體地是提供一種由在美國(guó)專利7，511，258號(hào)中描述的技術(shù)和元件構(gòu)建的光具座的氣密密封，該專利的公開內(nèi)容在這里通過(guò)引用的方式被完全地包括。應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不局限于用于'258專利的光具座的環(huán)境密封封裝的創(chuàng)建并且要求保護(hù)的發(fā)明應(yīng)該被解釋為包括對(duì)任意種類的裝置的環(huán)境密封。然而，為了更方便地幫助解釋要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例，以下描述了 ^ 258專利的某些方面；'258專利中給出了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)更詳細(xì)的說(shuō)明并且其不需要被包括在這里用以理解要求保護(hù)的發(fā)明。
[0018]在，258專利中，描述了一種光學(xué)安裝平臺(tái)或者光具“座”，其采用具有V形槽的平臺(tái)，該V形槽保證了安裝在V形槽內(nèi)的部件之間沿光軸的被動(dòng)準(zhǔn)直。,258專利描述了使用V形槽對(duì)準(zhǔn)基底型的光學(xué)部件(即，非圓形的截面)，比如激光/光學(xué)檢測(cè)器組件，并且在基底型光學(xué)部件上提供了側(cè)面特征以允許其在V形槽之內(nèi)可靠地安裝，使得其光軸與安裝在V形槽中的其他光學(xué)部件的光軸是同軸的。
[0019]參照?qǐng)D1和2，大致描述了丨258專利的現(xiàn)有技術(shù)光具座I的整體構(gòu)造。在圖1和2中，使用光學(xué)真實(shí)位置工作臺(tái)(TPB)方法分別示出了光學(xué)組件或者"光具座"I的軸向視圖和俯視圖。在這個(gè)示例中，該光具座I包括用于保持光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的第一和第二光學(xué)部件4、11的平臺(tái)2。
[0020]該平臺(tái)限定了 V形槽3，其具有成一定的間距α的壁3a、3b。第一光學(xué)部件4被設(shè)置在V形槽3中。第一光學(xué)部件4具有第一光軸10a、參考表面15以及兩側(cè)面6a、6b，每側(cè)面以一定的間距α從參考表面15向外傾斜。第一光學(xué)部件4被設(shè)置在V形槽3中，使得參考表面15相對(duì)于平臺(tái)2的頂部表面14面向下，并且第一光學(xué)部件4的側(cè)面6a、6b分別與V形槽3的壁3a3b平行接觸。第二光學(xué)部件11同樣被設(shè)置在V形槽3中。第二光學(xué)部件具有第二光軸IOb以及具有至少兩個(gè)接觸點(diǎn)13a、13b的外圍13。第二光學(xué)部件11設(shè)置在V形槽中使得接觸點(diǎn)13a、13b接觸V形槽3的壁3a、3b并且第二光軸IOb與第一軸線IOa是同軸的。
[0021]平臺(tái)2用作光學(xué)組件的主底座。第一光學(xué)部件4是“基底型”光學(xué)部件，其指的是不具有圓形截面(例如，光纖以及套管)，而是替代地具有大致平面的基底的光學(xué)部件，其中該基地上可以附接一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件。基底型光學(xué)元件的例子包括有源激光/光學(xué)檢測(cè)器子組件，其包括光-電轉(zhuǎn)換裝置以及相關(guān)的用于發(fā)送器/接收器電接口的激光驅(qū)動(dòng)器/跨阻抗放大器電路，或者包括調(diào)制器、開關(guān)以及光子集成電路(PICs)的其他有源器件，或者諸如聯(lián)結(jié)器、分路器、波分復(fù)用(WDM)/多路分路裝置的其他無(wú)源器件，等等。這些有源型元件以及有源和無(wú)源型元件的組合通常需要電連接(電能、信號(hào)等等)。當(dāng)制作環(huán)境密封封裝時(shí)，電連接的問(wèn)題變得重要，因?yàn)檫B接本身以及光學(xué)路徑中任何暴露的光學(xué)表面必須與水分及其他環(huán)境條件隔離，并且從封裝內(nèi)部到封裝外部的電連接路徑必須能夠保護(hù)內(nèi)部元件不受外面的環(huán)境條件干擾。
[0022]現(xiàn)在將參考圖3-13來(lái)描述要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。這里的附圖不是按比例繪制的并且在許多情況下尺寸被放大使得能夠更好地的理解要求保護(hù)的發(fā)明。
[0023]參照?qǐng)D3，諸如上述的光具座I聯(lián)接至凸緣組件30。凸緣組件30在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中是由金屬材料制成，比如不銹鋼，并且其具有沿其縱軸線的開口，包含光纖(未示出)的陶瓷套管11用眾所周知的方式插入該開口。在本示例中，光具座I包括光學(xué)元件4，例如，硅晶片，其需要外部于圍繞其的任意容器的電連接。
[0024]凸緣組件30包括柱形部分34，其具有大于陶瓷套管11的直徑的預(yù)定直徑，顯然這是因?yàn)樘坠?1必須穿過(guò)凸緣組件30。參照?qǐng)D4，包圍構(gòu)件可以包括滑管36，其被制造為具有大于柱形部分34的外徑的內(nèi)徑，使得其可以滑動(dòng)地但緊貼地安裝在凸緣組件30的柱形部分34上。例如，柱形部分34的外徑可以為3.65mm并且滑管36的內(nèi)徑可以為3.9mm。如以下將會(huì)更充分地描述的，滑管36以及凸緣組件30與前端密封構(gòu)件(圖4中未示出)配合以實(shí)現(xiàn)光具座I的氣密密封。如圖所示滑管36包括開口前端以及開口后端。
[0025]圖5示出了可包括壓環(huán)38的前端密封構(gòu)件，該壓環(huán)被設(shè)計(jì)成當(dāng)壓環(huán)和前端密封構(gòu)件二者被插至凸緣組件30的柱形部分34上時(shí)，其滑動(dòng)地安裝在柱形部分34上并且緊貼在滑管36內(nèi)。如在圖5中以及隨后的圖6-8中所能看出的，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，滑管36以及壓環(huán)38的配合端具有相應(yīng)的斜面以幫助促進(jìn)壓環(huán)38緊貼地插入滑管36內(nèi)。上面描述的滑管和壓環(huán)的組合有助于制作封裝的柱形部分(前端)上的密封，這在以下將會(huì)更詳細(xì)地描述。滑管36還包括凸緣部分37，其目的在以下將被更詳細(xì)地描述。
[0026]對(duì)于封裝的后端，可氣密密封的后端密封構(gòu)件可以包括后端組件60，其如就圖6-13所描述的來(lái)構(gòu)造。圖6-8是以相繼次序示出制作根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的環(huán)境密封封裝的步驟和結(jié)構(gòu)的部分剖面圖。參照?qǐng)D6，可氣密密封的后端組件60從多層柔性電路62開始制作。多層柔性電路的制作大致包括:視多層柔性電路將被使用的具體應(yīng)用而定，在柔性介電材料比如LPI (液體可感光絕緣材料)和/或LCP (液晶聚合物)材料和/或Kapton?之間夾入多層銅。(依據(jù)這一實(shí)施例的具體多層柔性電路62的制作細(xì)節(jié)通過(guò)參考下圖9-13提供。)
[0027]從圖6中可以看出，首先是壓環(huán)38，然后是滑管36如示出的一樣被插到凸緣組件30的柱形部分34上。明顯的是，壓環(huán)38的斜削部分被定位為面對(duì)滑管36的斜削部分?？蓺饷苊芊獾暮蠖私M件60被示出為處于相對(duì)于滑管36的凸緣部分37的未聯(lián)接狀態(tài)。由于滑管36可以沿著凸緣組件30的柱形部分34的長(zhǎng)度上下移動(dòng)，所以當(dāng)如圖6所示滑管36推開而不妨礙時(shí)，信號(hào)承載層63的舌部64可以方便地與光學(xué)元件4電連接。可以使用任意已知的用于將舌部64連接至光學(xué)元件4的技術(shù)(例如，覆晶柔性熱壓縮接合或者焊料凸點(diǎn)接合)。
[0028]參照?qǐng)D7，一旦舌部64電連接至光學(xué)元件4，如圖所示，滑管36被推向可氣密密封的后端組件60直至滑管36的凸緣部分37抵靠可氣密密封的后端組件60的層66。在閱讀對(duì)圖9-12的詳細(xì)解釋之后將會(huì)明白，凸緣部分37被“插”入至層66使得其抵靠接地層，以提供裝置的接地?？梢允褂萌我庖阎獙⒒?6的凸緣部分37氣密密封地聯(lián)接至可氣密密封的后端組件60的手段，例如，焊料接合或者激光接合。信號(hào)承載層63被夾在層66和層67之間，自外部環(huán)境將通往光學(xué)連接器的內(nèi)部元件的電路徑氣密密封。這種氣密連接允許通過(guò)信號(hào)承載層63的電能/信號(hào)端65在光學(xué)元件4和密封封裝的外部之間氣密地產(chǎn)生電連接，以下將會(huì)更充分地解釋。
[0029]然后，如圖8所示，壓環(huán)38向下移動(dòng)并且被推進(jìn)滑管36的端部。在這一優(yōu)選實(shí)施例中壓環(huán)38的楔形端形狀允許其被裝配工具推入滑管36的內(nèi)徑之中，擴(kuò)展滑管36以產(chǎn)生通過(guò)壓環(huán)38施加在滑管36上的環(huán)向應(yīng)力保持的徑向表面密封，從而在連接器的前端的柱形部分34上產(chǎn)生氣密密封。最后，后端密封板69的加入完成容器的氣密密封并且因而保護(hù)內(nèi)部物品(在本示例中，光學(xué)架以及安裝在其上的所有部件)不受外部元件干擾。
[0030]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)熱膠帶70或者類似的導(dǎo)熱材料可以形成在平臺(tái)2之上(如圖所示，其形成在與V形槽3相反的平臺(tái)2的一側(cè)上)并且彎曲從而還接觸凸緣組件30，如圖6-8中的任一所示。這產(chǎn)生了自平臺(tái)2至凸緣組件30的熱路徑，從而形成熱沉以使熱量遠(yuǎn)離光學(xué)元件4 (其在很多情況下會(huì)產(chǎn)生大量的熱量)。如果，例如，光學(xué)元件4形成在硅晶片上，硅晶片可以將熱量從光學(xué)元件傳遞至平臺(tái)2，平臺(tái)又可以將熱量沿著導(dǎo)熱膠帶70傳遞至凸緣組件30。
[0031]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如上所述，多層柔性電路62以如圖9所示的多層堆疊開始制造。在圖9所示的示例中，多層堆疊從底層到頂層包括高溫聚酰亞胺薄膜例如Kapton?的底層，粘合層，銅接地層，高溫聚酰亞胺膜中間層，在粘合層之上或者與之共存的銅信號(hào)跡線對(duì)(圖中示出了 3對(duì))，接著是LPI頂層。應(yīng)當(dāng)理解的是該堆疊的初始構(gòu)造僅僅是以示例的形式給出，并且該初始堆疊的眾多變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會(huì)是顯而易見的，并且這些變化被認(rèn)為包含在所附的權(quán)利要求中。得到的多層柔性電路提供了柔性電路“庫(kù)存”材料，每個(gè)包括單對(duì)銅信號(hào)跡線的區(qū)段可以從該“庫(kù)存”中被切割出來(lái)和使用。在圖9的示例中，三個(gè)這種區(qū)域可以被切割出來(lái)。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“高溫聚酰亞胺薄膜”意味著能夠承受焊接溫度在200-300°C范圍內(nèi)，優(yōu)選為240-250°C范圍內(nèi)的任意聚酰亞胺薄膜。
[0032]從圖9的俯視圖中可以看出，這些銅信號(hào)跡線對(duì)(為了解釋的目的被示出為可見的，但其實(shí)際上通過(guò)LPI頂層不是可見的，除非該頂層是透明的)在柔性電路的寬度內(nèi)端接。如以下更詳細(xì)地論述，銅信號(hào)跡線的端部最后將提供用于與光學(xué)元件4連接的焊接點(diǎn)。
[0033]圖10A-10B、11A-11B以及12A-12B是多層柔性電路62的單對(duì)區(qū)段的仰視圖和剖面圖，并且示出了在可氣密密封的后端組件60的柔性電路部分中產(chǎn)生的掩模/蝕刻的步驟。現(xiàn)在參見圖1OA和10B，在圖1OA中示出了圖9的多層柔性電路的一對(duì)部分的仰視圖，并且圖1OB是沿圖9的線A-A截取的相同一對(duì)部分的截面?zhèn)纫晥D。圖1OA的仰視圖與沿圖1OB的箭頭B取得的視圖對(duì)應(yīng)。
[0034]為了制作可氣密密封的后端組件60，如圖1OA和IOB所示，Kapton?底層和粘合劑構(gòu)成的相鄰層通過(guò)使用已知的掩模和蝕刻技術(shù)以圓形被移除，如圖所示。選擇移除的圓形的尺寸從而暴露銅接地層并且提供用于連接至滑管36的凸緣部分37的接地和安裝面，如上面就圖8所描述的。
[0035]然后,如圖1lA和IlB所示，使用已知的掩模和蝕刻技術(shù)移除暴露的銅接地層和其下方的Kapton?中層的更小的圓形部分，從而暴露銅信號(hào)跡線對(duì)。然后，如圖12A和12B中的虛線所示，通過(guò)靠近銅信號(hào)跡線對(duì)的粘合層以及通過(guò)LPI頂層制造三個(gè)切口，從而制作舌部64。最后，如圖13所示(旋轉(zhuǎn)90度的圖12A的側(cè)視圖)，該舌部64在C方向被推動(dòng)從而在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖勉~信號(hào)跡線，用于固定至光學(xué)元件4，如以上關(guān)于圖6-8所示出的。
[0036]以上描述的掩模、蝕刻以及切割步驟的最終結(jié)果是制造具有舌64的“夾層”，舌64具有一對(duì)可固定至光學(xué)元件4的暴露的銅信號(hào)跡線，如圖6-8所示。
[0037]為了提供到銅信號(hào)跡線63以及到其連接的光學(xué)元件4的電連接，重新參見圖8，包括LPI頂層以及銅信號(hào)跡線的層67的端部可以受到蝕刻技術(shù)處理以移除層67的LPI層并且從而使銅信號(hào)跡線63的電能/信號(hào)端65向外部環(huán)境暴露，并且從而允許它們連接到電源或者其他電連接。雖然蝕刻部分在圖中未示出，但是如何蝕刻層67的需要區(qū)域以暴露銅信號(hào)跡線63的電能/信號(hào)端65對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。最后，如圖6-8所示，后端密封板69的加入完成對(duì)容器的氣密密封并且因而保護(hù)內(nèi)部物品(在本示例中，光學(xué)架以及安裝在其上的所有部件)不受外部元件影響。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)封裝，其將光電子部件(4)相對(duì)于所述光學(xué)封裝外部的環(huán)境進(jìn)行環(huán)境密封，包括: 包圍構(gòu)件(36)，其具有開口后端；以及 后端密封構(gòu)件(60)，其包括柔性電路(62)； 其中，所述光電子部件(4)被放置在所述包圍構(gòu)件(36)內(nèi)并且所述后端由所述后端密封構(gòu)件(60)密封，從而環(huán)境密封所述開口后端，并且其中所述柔性電路(62)提供所述光電子部件(4)和所述外部環(huán)境之間的電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝，所述包圍構(gòu)件(36)進(jìn)一步包括開口前端，并且進(jìn)一步包括: 凸緣組件(30);以及 前端密封構(gòu)件(38)； 其中所述前端密封構(gòu)件(38)與所述凸緣組件(30)以及所述包圍構(gòu)件(36)聯(lián)接，從而環(huán)境密封所述開口前端。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)封裝，其中所述凸緣組件(30)包括柱形部分(34)，套管(11)貫穿該柱形部分，所述柱形部分具有外徑；并且 其中所述包圍構(gòu)件(36)包括滑管，該滑管具有比所述外徑大的內(nèi)徑，所述滑管滑動(dòng)地安裝在所述柱形部分之上。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)封裝，其中所述前端密封構(gòu)件(38)包括壓環(huán)，該壓環(huán)具有與所述滑管(36)的內(nèi)徑近似相等的內(nèi)徑以及使其能夠被緊密地?cái)D壓在滑管(36)內(nèi)部的外徑尺寸。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)封裝，其中所述壓環(huán)(38)具有便于其插入所述滑管(36)的斜削邊緣。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝，所述后端密封構(gòu)件(60)包括柔性電路組件(62)，所述柔性電路組件包括具有形成在其中的導(dǎo)電路徑的多層柔性電路，所述多層柔性電路具有與所述光電子部件(4)電連接的舌部(64)，以及提供從所述光學(xué)封裝外的所述環(huán)境到所述導(dǎo)電路徑的電連接的電能/信號(hào)端(65)。
7.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)封裝，其中所述后端密封構(gòu)件(60)包括柔性電路組件(62)，所述柔性電路組件包括具有形成在其中的導(dǎo)電通路的多層柔性電路，所述多層柔性電路具有與所述光電子部件(4)電連接的舌部(64)，以及提供從所述光學(xué)封裝外的所述環(huán)境到所述導(dǎo)電路徑的電連接的電能/信號(hào)端(65)。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)封裝，其中所述多層柔性電路(62)包括: 第一柔性介電材料層； 形成在所述第一柔性介電材料層上的第一粘合層； 形成在所述第一粘合層上的銅接地層； 形成在所述銅接地層上的第二柔性介電材料層； 形成在所述第二柔性介電材料層上的第二粘合層； 形成在所述第二粘合層上的銅信號(hào)跡線對(duì)；以及 形成在所述銅信號(hào)跡線對(duì)上的第三柔性介電材料層。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)封裝，其中所述柔性介電材料包括高溫聚酰亞胺薄膜。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)封裝，其中所述柔性介電材料包括液體可感光絕緣材料、液晶聚合物、 以及Kapton?中的任意材料。
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK103649801SQ201280024456
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】T·P·鮑恩, R·J·佩爾科 申請(qǐng)人:泰科電子公司