光學模塊、光學模塊基底和光耦合結構的制作方法

文檔序號：2817468閱讀：262來源：國知局

專利名稱：光學模塊、光學模塊基底和光耦合結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有光電轉換功能以便實施光學通信的的光學模塊。本發(fā)明還涉及用于這種光學模塊和光耦合結構的基底。
背景技術：
隨著近來信息和通信技術(包括因特網)的發(fā)展以及近來信息處理設備性能的顯著提高，不斷需要傳輸和接收大容量的數據例如圖解數據或視頻數據。為了借助信息網絡系統(tǒng)自由實施大容量的數據通信，理想的是希望信息網絡系統(tǒng)具有數個比特率或更高的數據通信速度。希望光通信技術對于獲得高速數據通信環(huán)境特別有用。而且也不斷需要加快信息處理設備的接線板之間以及接線板的LSI芯片之間的短距離信號通信。出于這些原因，從傳統(tǒng)的利用金屬電纜和/或金屬線的數據通信改變?yōu)楣鈧鬏斒抢硐氲摹?br> 在光傳輸中，光學元件(例如光發(fā)射元件和光接收元件) 一般用于將光信號轉變?yōu)殡娦盘栆约鞍央娦盘柛淖優(yōu)楣庑盘枴４送?，光波?(例如光纖)在光傳輸中用作數據通信媒介。關于光電轉換模塊、也即所謂的"光學模塊，，的申請已經有許多，其中光學元件被支承于模塊基底上以及光學元件和光纜之間的光耦合結構上。
例如，公開號為NO.2003-207694的日本專利提出了一種位于接線板上的光學元件和多纖維光纜之間的光耦合結構。所提出的光耦合結構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)、卡簧和導銷，在所述扁平封裝中光學元件和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，光學元件就與光纜光耦合。
同時在2004年2月26日的"關于電子SI研究的第五論壇"的第 86頁(底部)的摘要中還提出圖26所示類型的光學連接件903，它特別設計成與所謂的MT (可機械傳送的)連接器配合從而在光學元件卯2與多纖維光纜卯5之間提供光耦合。所提出的光學連接件903的特征為具有直角光程轉換光導。光學元件902經由塊形接點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卯5 —端的插頭906。光學連接件卯3的下面利用粘合劑卯4連結于光學元件的光學面上。光學連接件903和插頭906隨著光學連接件903的端面緊靠插頭906的端面而被設置。然后，光學連接件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。
公開號為NO.2002-170965的日本專利提出了一種光學模塊，它安裝在印刷電路板上并具有支承于硅基底上的光學元件。硅基底具有兩相對的主表面其中一個主表面支承光學元件，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，從而允許光學元件與光波導(例如光纜)光軸對齊。
公開號為NO.2004-31743的日本專利雖然不是直接涉及一種光學模塊，但提出了一種電子裝置，其中電子元件安裝在陶資基底上。陶瓷基底具有兩個疊層陶瓷基底元件，它們結合在一起使得其中一個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疊層基底元件之間的屏蔽(shield)元件，這樣基底元件彼此電獨立。應該注意的是，公開號為NO.2004-31743的日本專利既沒有披露也沒有暗示在這種疊層陶瓷基底上布置光學元件。

發(fā)明內容
然而，在上文提出的光耦合結構中，扁平封裝通過諸如MT型連接器之類的可商購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，必須根據管殼的形狀和尺寸分別制造專用插頭。還必須將導銷和卡簧用于所提出的光耦合結構中。這樣，沒有有益的通用部件，所提出的光耦合結構就缺乏通用性，并且不能降低成本。
上文提出的光學連接件903在結構上不適于安裝光學元件902。光學元件902如圖26所示地安裝在接線板901上，這樣光學元件902 和光纜卯5之間的光軸不能容易地對齊。所提出的光學連接件903不能獲得高光耦合效率并往往導致光通信的高損失。
在上文提出的光學模塊中，硅基底具有三維錯綜形狀，其中定位凸部和凹部由包括斜面的多個平面限定。需要獲得一種先進的特定方法來將硅基底加工成這種錯綜形狀。加工硅基底的難度和成本因此而增加。此外，所提出的光學模塊不能滿足低型面和高精度光軸對齊的需要。
可以將光學元件安裝在上文提出的疊層陶瓷基底上，由此形成光學模塊。但是，所提出的疊層陶瓷基底不具有光軸對齊用的結構，因此光學元件與光波導的光軸對齊不能容易地以高精度完成。這就導致光耦合無效。此外，當陶資基底的兩個基底元件彼此保持電獨立時，電路不能在整個所提出的疊層陶瓷基底上形成。
相應地，本發(fā)明的目的是提供一種能夠與可商購的光纖連接器配合的光學模塊，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模塊和纖維光纜的光耦合結構，從而獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有低型面并能夠配合另一光學設備的光學模塊，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模塊中使用的疊層基底。
根據本發(fā)明的第一方面，提供一種通過光學連接器與纖維光纜耦合的光學模塊，該光學模塊包括模塊主體，其可通過專用的導銷與光學連接器的插頭相連，該模塊主體的側表面與連接器插頭的配合面相對，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元件，一旦將導銷裝配于模塊主體和連接器插頭內，該光軸與纖維光纜的光軸對齊。
根據本發(fā)明的第二方面，提供一種用于光學模塊的陶瓷基底，一旦將導銷裝配于光學模塊和連接器插頭內，該光學模塊適于配合光學連接器插頭，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的側表面、和形成于其中一個側表面上的凹槽；具有比陶瓷基底主體更佳的機械加工性的填充物，其被填入所述凹槽內并被精密加工以構成導孔的至少一部分，其中導銷插入該導《L內。
根據本發(fā)明的第三方面，提供一種光耦合結構，其包括纖維光纜；光學連接器，其具有固定于纖維光纜一端的插頭；導銷；和光學模塊，其包括通過導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元件，該模塊主體的側表面與連接器插頭的配合面相對，纖維光纜的端面在該配合面露出，一旦將導銷裝配于模塊主體和連接器插頭內，所述的光軸與纖維光纜的光軸對齊。
根據本發(fā)明的第四方面，提供一種光學模塊，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元件；和布置在第一基底元件上的耦合元件，用以提供光學元件與對應光學設備光學對齊用的定位基準。
根據本發(fā)明的第五方面，提供一種用于光學模塊的基底，光學模塊具有光學元件和耦合元件，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陶瓷絕緣層、光學元件安裝于其上的安裝部、和將耦合元件接收于其內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。
根據下面的描述，也將會理解本發(fā)明的其它目的和特征。附圖的簡要說明

圖1為根據本發(fā)明第一實施例的光耦合結構的前視圖，其中光學
模塊安裝在印刷電路板上并經由MT連接器連接纖維光纜；圖2為根據本發(fā)明第一實施例的光耦合結構的分解圖；圖3為根據本發(fā)明第一實施例的光學模塊和連接器配合的前視
圖4為根據本發(fā)明第一實施例的光學模塊的陶資基底的透視圖；圖5為根據本發(fā)明第一實施例的光學模塊的平面圖；圖6為根據本發(fā)明的第一實施例、當沿圖5的線A-A剖開時光學模塊的剖視圖7為根據本發(fā)明的第一實施例、當沿圖5的線B-B剖開時光學
模塊的剖視圖8為根據本發(fā)明第二實施例的光學模塊的平面圖9為根據本發(fā)明第二實施例、當沿圖8的線C-C剖開時光學模
塊的剖視圖10為根據本發(fā)明第三實施例的光學模塊的平面圖11為根據本發(fā)明第三實施例、當沿圖IO的線D-D剖開時光學
模塊的剖視圖12為根據本發(fā)明第四實施例的光學模塊的平面圖13為根據本發(fā)明第五實施例的光耦合結構的前視圖，其中光學
模塊安裝在印刷電路板上并經由MT連接器連接纖維光纜；圖14為根據本發(fā)明第五實施例的光學模塊的透視圖；圖15為根據本發(fā)明第五實施例、當沿圖14的線E-E剖開時光學
模塊的剖視圖16為根據本發(fā)明第五實施例、當沿圖14的線F-F剖開時光學模塊的剖視圖17-21為根據本發(fā)明第五實施例的剖視圖，其示出了如何制造光學模塊；
圖22為根據本發(fā)明第六實施例的光學模塊的剖視圖；圖23為根據本發(fā)明第六實施例的光學模塊的透視圖；圖24為根據本發(fā)明第七實施例的光學模塊的剖視圖；圖25為根據本發(fā)明第八實施例的光學模塊的剖視具體實施例方式
以下將參照下列第一至第八示范性實施例描述本發(fā)明，其中相同的部件和部分用相同的參考標號表示。
這里要注意的是，第一至第四實施例設計成與可商購的光纖連接器一起使用；而第五至第八實施例設計成與光學設備一起使用。
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?的光學連接器的典型實例包括根據JISC 5981 ( 1993年建立，1998年修訂)互連多纖維光纜的F12型光學連接器，又稱為"MT (可機械傳送的)連接器"。在JIS C 5981中，具有矩形插頭(或套圏)的MT 連接器的規(guī)格是根據JIS C 5962來規(guī)定的，其中導銷作為連接光纜的對齊機構和卡簧耦合才幾構。國際標準IEC 60874-16(1994年修訂)等效于JISC5981。
根據JISC 5981，用于MT連接器的插頭為長方體形狀，該插頭沿導銷插入方向(以下為了方便稱為"X-軸方向")的尺寸為8.0mm 公差為土O.lmm、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連接器的導銷定義為一種用于在將導銷插入各個MT連接器插頭的導孔的過程中將兩個MT連接器插頭彼此對齊的部件。根據JIS C 5981, MT連接器導銷的長度為10.8mm或更長，直徑約為 0.7mm。此外，根據JIS C 5981， MT連接器插頭的導孔的直徑為 0.7mm土0.001mm,孑L與孔的節(jié)距為4.6土0.003mm。
用于MT連接器的卡簧定義為一種用于將兩個MT連接器插頭保持在一起的部件。根據JISC 5981， MT連接器卡簧的兩夾緊部之間具有15.7mm的自由長度。
光學設備具有光傳輸功能、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設備的實例無論是否具有光學連接器(插頭) 都包括光波導和纖維光纜。具有反光功能的光學設備的實例包括光程轉換設備。這些光學設備可單獨使用或組合使用。第一實施例
現(xiàn)在將參照圖l-7描述第一實施例。
如圖1所示，在第一實施例中，兩塊光學模塊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絕緣層15和導電層，以限定兩個相對的主表面12和13。雖然附圖中沒有示出，襯墊設置在印刷電路板11的上主表面12上，用于電連接光學模塊41并用于經由塊形接點電連接IC芯片16。
此外，在第一實施例中，兩個光學模塊41經由多纖維光纜26和 MT連接器彼此相連，如圖l所示。更具體地說，每個光學模塊41利用連接器插頭21與纖維光纜26光耦合，兩個導銷31和卡簧36依照 JISC 5981被設計用于MT連接器。MT連接器插頭21固定于纖維光纜26的一端。MT連接器導銷31適配于連接器插頭21的導孔22中以及光學模塊41的導孔80中，以在插頭-銷-插頭的構造中使光纜26 和光學模塊41彼此對齊和相連。MT連接器卡簧36裝配于連接器插頭21和光學模塊41上以將連接器插頭21和光學模塊41緊固在一起。
MT連接器插頭21通常由樹脂形成并具有長方體形狀，該插頭沿著X-軸方向的長度尺寸為8.0士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連接器導銷31 由例如不銹鋼形成，其長度為10.8mm或更長，直徑約為0.7mm。作為導銷31，根據JIS C 5981,可采用直徑為0.699mm的 "CNF125A-21"。導孔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)，其直徑為0.7士0.001mm，孔與孔節(jié)距為 4.6土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之間的自由長度為15.7mm或更短。
此外，每個光學模塊41具有模塊主體42和安裝在模塊主體42 上的光學元件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，模塊主體42具有與插頭21基本相同的長方體形狀和尺寸。根據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。當連接器插頭21的X-軸尺寸規(guī)定為8.0士0.1mm時，模塊主體42的X-軸尺寸優(yōu)選為8.0土0.3mm，更優(yōu)選為8.0士0.1mm。此外，當連接器插頭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，才莫塊主體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。
才莫塊主體42沿Y-Z方向具有兩個相對的側表面43和44，如圖2、 3和5所示。模塊主體42的側表面43與連接器插頭21的配合面23 相對，兩導孔80相隔地形成于模塊主體42的側表面43上并與連接器插頭21的導孔22對應。當導孔22的直徑為0.7士0.001mm、孔與孔節(jié) 距為4.6土0.003mm時，導孑L 80優(yōu)選具有0.7土0.001mm的直徑和 4.6土0.003mm的孔與孔節(jié)距，用于適當的光軸對齊。在第一實施例中，導孔80的深度約為3.0mm。另一方面，模塊主體42的側表面44由卡簧36的夾緊部37推向連接器插頭21。
對于低型面的光學模塊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)。
光學元件81是一種能夠將電信號轉換為光信號并將光信號發(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并將該光信號轉換成電信號的光接收元件。光發(fā)射元件的實例包括發(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)。光接收元件的實例包括pin光敏二極管(pin PD)和雪崩光敏二極管 (APD )。光學元件81可由諸如Si、 Ge、 InGaAs、 GaAsP和GaAlAs 之類的適當材料制成。光學元件81具有多個光發(fā)射或接收點，例如在一個陣列中設置12個光發(fā)射或接收點。
這里要注意的是，在第一實施例中，其中一個光學模塊41 (設置在圖1的右側)為表面發(fā)射型，其中光學元件81為垂直表面發(fā)射激光器VCSEL，另一光學模塊41 (設置在圖1的左側)為表面接收型，其中光學元件81為垂直表面接收光電二極管。
為了安全地保護光學元件81以便提高可靠性，優(yōu)選的是使光學元件81嵌入模塊主體42中而沒有在光學模塊41的任何表面上露出。
光學模塊41還可包括IC (集成電路)元件82，該元件82在將電信號從印刷電路板11傳輸至光學元件81的過程中驅動該光學元件 81，或者接收和放大來自光接收型的光學元件81的電信號。也即，當光學元件81為光發(fā)射元件時，IC元件82是用于驅動光學元件81的集成電路(所謂的"驅動器IC")。當光學元件81為光接收元件時， IC元件82是用于放大電信號的集成電路(所謂的"接收器IC")?？?選擇地，當兩個光學元件、也即光發(fā)射和光接收元件都設置于將在后面的第四實施例中描述的單一光學模塊中時，驅動器IC和接收器IC 可結合使用。在光學模塊41中布置IC元件82使得光學元件81與IC 元件82之間的傳導長度減小，這樣與光學元件81和IC元件在光學模塊41外部相連的情況相比，增加了光學模塊41的操作速度。
為了安全地保護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中而沒有在光學模塊41的任何表面露出。
光學模塊41除了包括光學元件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可以是能動的或被動的。特別當電子或電路元件83為電容器時，光學模塊41的電阻和電感變小，從而提高性能。在搮作過程中，光學元件81、 IC元件82和電子或電路元件83 產生熱量。由于樹脂做的連接器插頭21的熱導率不是很高，來自這些元件81、 82和83的熱量不能經由連接器插頭21有效地擴散至光學模塊41的外側。這在光學模塊41中會導致操作不穩(wěn)定。因此，理想的是，模塊主體42主要由具有良好熱導性、也即比樹脂做的連接器插頭 21的熱導性更高的材料組成，以便將熱量從元件81、 82和83有效地擴散至光學模塊41的外側并保護光學模塊41的操作穩(wěn)定性。模塊主體42的高熱導性材料的實例包括諸如金屬材料和陶瓷材料之類的無機材料。
在第一實施例中，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支承光學元件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陶瓷絕緣層52和導電層57來形成它的基底主體。絕緣層52可由具有良好熱導性的任何陶瓷材料、例如氧化鋁、氧化鈹、莫來石、氮化鋁、氮化硅、氮化硼或碳化硅制成。疊層的陶瓷基底51還包括形成于導電層 57之間的通孔導體58。在疊層陶瓷基底51上布置這種導電層57和通孔導體58使得光學元件81容易與任何其它設備例如IC元件81、電子元件或電路元件83以及印刷電路板11進行電連接。
陶瓷基底51具有沿著X-Y軸方向延伸的兩個相對的主表面55和 56、以及垂直于該主表面55和56延伸的多個側表面，該多個側表面包括沿著Y-Z方向延伸的兩個相對的側表面53和54，該側表面53和 54分別平行于才莫塊主體42的側表面43和44，如圖4所示。
兩個孔62形成于陶瓷基底51的側表面53上從而構成光學模塊 41的導孔80的至少一部分。理想的是，在陶瓷基底51的基底主體的側表面53中切割長方體的凹槽61，將填充物63填入凹槽61內，然后在對應于連接器插頭21的導孔22的位置通過精密加工填充物63 而形成兩個孔62。如圖2-7所示，精密孔62的剖面為圓形并具有與導孔22相同的直徑和孔與孔節(jié)3巨(也即，直徑為0.7mm土0.001mm, 孔與孔節(jié)距為4.6士0.003mm )。當至少部分導孔80通過精密加工形成時，通過將導銷31插入這樣精密加工的孔80內可以更容易和正確實現(xiàn)光學元件81和纖維光纜26之間的光軸對齊。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械加工性。由于陶瓷基底51不僅具有良好熱導性和高尺寸穩(wěn)定性的優(yōu)點，還具有高硬度和不良機械加工性的缺點，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械加工性的填充物63上容易地形成，這些孔62可通過諸如鉆孔、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格更低，這樣將這種低硬度、低價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。
光學元件81和IC元件82可設置在陶瓷基底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，光學元件81和IC元件 82優(yōu)選地分別連在陶瓷基底51的側表面53和主表面55上，這樣光學元件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，從而在光學元件81和纖維光纜26之間形成光耦合，而無需光程轉換。
在第一實施例中，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分別設置在主表面55和56的空腔59中。每個空腔59之間的縫隙可用有機硅樹脂或熱滑脂84填充，以便提高熱導性。
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用來支承光學元件81和IC元件82，同時特別當光學元件81和IC元件設置在陶瓷基底51的不同表面部分時，允許光學元件81和IC元件82之間進行電導。更具體地說，撓性基底76具有與陶瓷基底51的主表面55相粘結的表面部分，和端部分，該端部分從陶資基底51的側表面53伸出并沿著該側表面53彎曲從而垂直于200910該撓性基底76的表面部分延伸。因此，光學元件81和IC元件82經由塊形接點支承并連接于撓性基底76的相同表面?zhèn)?，這樣光學元件 81和IC元件82之間的電導經由撓性基底76的布線圖而建立。在第一實施例中，撓性基底76由聚酰亞胺樹脂制成。
微透鏡陣列73布置在陶資基底51的側表面53上，其中墊片74 設置在微透鏡陣列73和陶資基底51之間。微透鏡陣列73形成由光學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具有多個微透鏡，例如12個微透鏡，它們沿著Y-軸方向設置并對應于光學元件81的光發(fā)射點。墊片74用來調節(jié)焦距并且由例如具有抗焊接熱量的矩形構架形的樹脂類材料或金屬材料形成。
孔70和85在對應于陶瓷基底51的精密孔62的位置處分別鉆透撓性基底76和孩t透鏡陣列73，這樣這些孔62、 70和85 ^皮此相通從而一起形成圖7所示的光學模塊41的導孔80。這樣，孔70和85還具有與導孔22相同的直徑和孔與孔節(jié)距(也即，直徑為0.7土0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6士0.003mm )。
金屬片72設置在模塊主體42的除了側表面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，從而將熱量從光學元件81和IC元件82等有效擴散至光學模塊41的外側并保護光學元件81和IC元件82免受外部電磁波。這使得光學模塊 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)選設置在陶瓷基底51的除了側表面53和54之外的任何表面上，以便使光學模塊41易于電連接至印刷電路板ll上。電端子75可以是任何形式。電端子75的實例包括塊形接點、焊盤(pads ) 或導線。在第一實施例中，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。在第一實施例中，一些焊塊75用于把經過此處的熱量擴散至光學模塊41 的外側。
如圖3所示，光學模塊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的側表面43相對且平行。在這個狀態(tài)下，每個導銷31的相對兩端插入并裝配入連接器插頭21的導孔22內以及光學模塊41的導孔80內，從而在插頭-銷-插頭構造中使光學模塊41與插頭21進行機械連接。光學模塊41的光學元件81與纖維光纜26之間的光軸對齊也可以在導銷31 —插入導孔 22和80時就實現(xiàn)。于是，通過將光學模塊41和插頭21保持在卡簧 36的夾緊部37之間，將光學模塊41和插頭21固定地緊固，從而使夾緊部37分別壓在光學模塊41的側表面44和插頭21的側表面上。
下面將簡要說明光學模塊41的操作。
響應從印刷電路板11至表面發(fā)射型光學模塊41的電源，光發(fā)射型光學元件81和驅動器IC元件82變成能動的。當印刷電路板11在該能動狀態(tài)產生電信號時，電信號首先被輸入驅動器IC元件82、然后從驅動器IC元件82經由撓性基底76的布線圖傳送至光發(fā)射元件 81。光發(fā)射元件81將電信號轉化成光信號并將該光信號向纖維光纜 26的一端輸出。光信號穿過透明或半透明的撓性基底76并通過微透鏡陣列73的微透鏡變成會聚的從而進入纖維光纜26的核心并由此行進至表面接收型光學模塊41中。
接下來將解釋光學模塊41的制造方法。
首先，例如準備生陶瓷基底主體，該基底主體具有形成于其側表面上的兩個凹槽61;燒結該生基底主體；將填充物63填入凹槽61內；然后，將填充物63精密加工形成兩個孔62，這樣就制成陶瓷基底51。生陶瓷基底主體的準備工藝包括的步驟有提供多個生陶瓷片，在該每個生陶瓷片的邊緣部分制造兩個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，因為陶資基底51在凹槽形成工藝中仍是未加工的。
例如，陶瓷基底51可通過下列步驟制造。
通過均勻地混合和揉捏諸如礬土粉、有機粘結劑、溶劑和增塑劑之類的各種組分來準備泥漿原料。利用刮刀對所準備的泥漿原料進行片材成型處理，由此生產出給定厚度的多個生片材。通過在生片材的特定位置處進行沖壓而形成通孔，把諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入所述通孔內。在生片材的邊緣部分制造切口。此外，諸如鴒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其進行擠壓從而獲得生片材疊層。通過公知的工藝將生片材疊層干燥和脫脂，并以足以燒結氧化鋁的溫度(例如1650-1950°C)將其燒結，由此形成陶乾基底51。在這樣形成的陶瓷基底中，絕緣層52、導電層57、通孔導體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，通過將例如80重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂(可使用JER Co.,Ltd.的名為"EPICOAT807"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"EPICOAT152"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化學公司的名為"KBM-403"的商品)處理過的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"BERENOLS-4"的商品)混合，然后用三輥捏和才幾捏4栗如此獲得的混合物，這樣就準備好填充物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°C加熱1小時，這樣填充物63變成半硬化。這時沒有將填充物63完全硬化是為了使下面的孔形成工藝易于進行。
利用精密鉆孔機使孔62分別形成于半硬化的填充物63中。通過這種精密加工工藝，孔62可被容易和正確地制成從而構成導孔80的至少一部分，作為光軸對齊用的精確定位基準。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，以此作為光學模塊 41成本降低的措施。之后，陶瓷基底51可用表面拋光機將陶瓷基底 51的側表面53拋光，由此除去從孔62伸出的過量填充物63。
將如此獲得的陶瓷基底63在150°C加熱5小時，這樣填充物63 完全硬化。然后，通過公知工藝將陶瓷基底51精加工以將精密孔62 的直徑樣吏調至0.700mm精確至土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設置在所完成的陶瓷基底51上。
接下來，通過下列步驟將陶瓷基底51和其它元件裝配成光學模塊41。
在準備撓性基底76的過程中，光學元件81和IC元件82安裝在撓性基底76的其中一個主表面上。陶瓷基底51、支承光學元件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置。導銷31插入并裝配于孔62、 70和85內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的表面部分相對于撓性基底76的端部分彎曲卯度，然后利用各向異性導電薄膜將所述的表面部分粘結于陶瓷基底51的主表面55上。此外，利用銀-環(huán)氧粘合劑將金屬片72粘結于撓性基底76的表面部分上。陶瓷基底 51的導電元件與撓性基底76之間的電導可經由導電膏劑、導電膜或焊盤建立。結果，獲得光學模塊41和導銷31 (如圖2所示)的子配件，其中導銷31各自具有從模塊主體42伸出的部分。通過將光學模塊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，用導銷31和卡簧36將光學模塊41和連接器插頭21保持在一起。這里，MT連接器插頭21已經固定在纖維光纜26的一端。將連接器插頭21設置在印刷電路板11上，連接器插頭21的配合面 23與光學模塊41的側表面43相對，然后，更靠近光學模塊41，這樣導銷31的伸出部裝入連接器插頭21的導孔22內直至連接器插頭21 的配合面23與光學模塊41的側表面43互相接觸為止。當預先將光學模塊41和導銷31做成子配件時，光學模塊41和連接器插頭21在插頭-銷-插頭構造中更容易連接。然后將卡簧36安裝到光學模塊41和連接器插頭21上以將光學模塊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，將導銷31裝入連接器插頭21和模塊主體42內不僅使得這些連接部21和42之間形成機械連接，而且還使得光學元件81 和纖維光纜22之間形成光軸對齊。換句話說，光學元件81可通過相對簡單的方法與光纖26高精度地光耦合。當模塊主體42與MT連接器插頭21具有基本相同的形狀和尺寸時，可以在第一實施例中采用為使用MT連接器所設計的導銷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，光學元件81和IC元件82設置在光學模塊41中，減少了光學元件81和IC元件82之間的傳導長度，由此加速光學模塊41的操作。
光學元件和IC元件82被嵌入模塊主體42中而沒有在光學模塊 41的任何表面上露出。這樣，可以為光學元件81和IC元件82提供安全保護，并且與光學元件81和IC元件82在光學模塊41的表面上露出的情況相比，可提高可靠性。
由于設置了光學元件81、 IC元件82和電子元件或電路元件83，光學模塊41中所產生的熱量總量相對較大。另外，光學元件81、 IC 元件82和電子元件或電路元件83都嵌入光學模塊41中。因此光學模塊41在結構上可能會在其中積累熱量。然而，除了設置金屬片72之外還采用了高熱導的陶瓷基底51作為模塊主體的主要部件，這能夠有效進行熱擴散。一些焊塊75還起到熱量路徑的作用來促進有效的熱擴散。第二實施例
下面將參照圖8和9解釋本發(fā)明的第二實施例。
第二實施例的光學模塊141在結構上類似于第一實施例的光學模塊41，如圖8和9所示，除了光學元件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，光學元件81布置在陶瓷基底51的側表面53上并經由焊線191電連接導電層57， IC元件82布置在陶瓷基底51的主表面55的空腔59中并與導電層57或通孔導體58電連接。
相應地可以在第二實施例中獲得與第一實施例相同的效果，這樣光學模塊141能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。此外，通過除去撓性基底76可降低光學模塊141的零件總數。這使得光學模塊 141的制造成本降低。當陶瓷基底51和金屬片72之間的熱導率通過除去撓性基底76而被增加時，光學模塊141還可以進一步提高熱導性。第三實施例
以下將參照圖10和ll描述第三實施例。
第三實施例的光學模塊241在結構上類似于第一實施例的光學模塊41,如圖10和11所示，除了光學模塊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，IC元件82布置在陶瓷基底51的主表面55的空腔59中并與導電層57或通孔導體58電連接。在第三實施例，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。光學元件81布置在陶瓷基底51的伸出部244上并與導電層57 或通孔導體58電連接，它的光發(fā)射或接收點指向Z-軸方向(也即，圖11的上側)。此外，光學模塊241包括墊片245和具有光學鏡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，這樣使得光學鏡 246的鏡面相對于光軸成45°角。導孔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，這樣通過將導銷31插入導孔251和252內，光學元件81和孩t透鏡陣列247進入彼此光軸對齊的狀態(tài)。
可以在第三實施例中獲得與第一實施例相同的效果，這樣光學模
塊241能夠獲得高光耦合效率、通用性和成本效率。當光學元件81 和IC元件82 ^:指向相同方向時，包括光學元件81和IC元件82在內的各種模塊部件可更容易和有效地安裝在陶瓷基底51上。當陶瓷基底51和金屬片72之間的熱導率通過除去撓性基底76而被增加時，光學模塊241還可以進一步提高熱導性。第四實施例
下面將參照圖12描述第四實施例。
第四實施例的光學模塊341在結構上類似于第一實施例的光學模塊41,如圖12所示，除了光學模塊341具有兩種不同光學元件光發(fā)射和光接收元件81a和81b、以及兩種不同IC元件驅動器IC82a 和接收器IC82b以外。在第四實施例中，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和驅動器IC82a 經由撓性基底76的其中一個布線圖彼此電連接，而光接收元件81b 和接收器IC82b經由撓性基底76的另一個布線圖彼此電連接。模塊主體42還包括i殳置在光學元件81a和81b之間的屏蔽元件361，以4吏光學元件81a和81b保持彼此電》茲分離。在這種情況下，將導電材料鍍在任一基底元件上或者將導電材料鍍在墊片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布置在各個空腔59中。在兩空腔59之間留有一個分隔壁362以便使驅動器IC82a和接收器IC82b保持彼此電磁分離。
因此，可以在第四實施例中獲得與第一實施例相同的效果，這樣光學模塊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。
第一至第四實施例的變型
上文的第一至第四實施例可進行多種變型。
例如，模塊主體42和連接器插頭21還可以在插頭-銷-插頭構造中僅利用導銷31(也即，不釆用卡簧36)連在一起，雖然在第一至第四實施例中這些連接部42和21通過利用導銷31和卡簧36耦合。
在第一、第二或第三實施例中，可除去墊片74或245以減少光學模塊41、 141或241的零件總數。
雖然在第三實施例中陶乾基底51、微透鏡陣列247和金屬片72 經由導銷31對齊和固定，但陶資基底51、微透鏡陣列247和金屬片 247還可以通過例如粘合劑而不采用導銷31來對齊和固定。
可將多個金屬片72設置在模塊主體42中，雖然在第一至第四實施例中是將單一金屬片72設置在模塊主體42的主表面上。
在第一至第四實施例中，凹槽61的內表面上沒有形成凸部或凹部，每個圓形凹槽61的直徑在整個深度上基本恒定。但，也可以凹槽 61的內表面上形成凸部和凹部使得每個凹槽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，防止凹槽61和填充物63之間出現(xiàn) 縫隙以及由于熱應力集中而裂開，由此提高可靠性。
在第一實施例中，通過將填充物63填入凹槽61內、在120。C將填充物63半力更化、精密鉆孔、表面拋光，然后在150°C將填充物63 完全硬化，這樣就形成精密孔62?？蛇x擇地，通過另一種工藝例如將填充物63填入凹槽61內、在120°C將填充物63半硬化、表面拋光，然后在150°C將填充物63完全^_化、然后精密鉆孔而形成孔62。第五實施例
以下將參照圖13-21描述本發(fā)明的第五實施例。
如圖13所示，兩光學模塊441經由塊形接點475安裝在印刷電路板11上并通過纖維光纜26彼此相連。注意，在第五實施例中纖維電纜26用作對應光學設備。印刷電路板11具有交替疊加在一起的多個絕緣層15和導電層，以限定兩相對的主表面12和13。雖然附圖中未示出，焊點布置在印刷電路板11的主表面12上用于電連光學模塊 441。 IC芯片16也經由塊形接點安裝在印刷電路板11上。
每個光學模塊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，該光學元件481安裝于該基底440的安裝部 466上，其中該光學元件481的光學面如圖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，用以構成兩相對主表面442和443，如圖 14-16所示。在第五實施例中，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絕緣層452和導電層457。雖然附圖中沒有特別示出，但第一基底元件448的絕緣層449之間可設置導電層。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體458a和458b以與導電層457及接地層465 —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的其中一個基底表面與第二基底元件451的側面相連，這樣基底元件448和451的絕纟彖層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的側面有時可稱為連接面。)應該注意的是，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。
每個絕緣層449和452由諸如樹脂或陶資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。可用作絕緣層449和452的實例包括環(huán)氧(EP )樹脂、聚酰亞胺(PI) 樹脂、雙馬來酰亞胺-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或多個組合層(build-up layer)結合4吏用。
陶瓷材料用作絕緣層449和452得到良好的光傳輸效率，不會由于光學元件481產生的熱量而使光耦合受損，因為陶瓷材料不僅具有高硬度和尺寸穩(wěn)定性，還具有良好的將熱量擴散至外側的熱導性。疊層陶瓷材料制得的基底440因此可特別用作光學元件481的支架。可用作絕緣層449和452的陶瓷的實例包括氧化鋁、氧化鈹、莫來石、氮化鋁、氮化硼和碳化硅。這些陶瓷材料具有優(yōu)秀的熱導性。
在第五實施例中，特別當絕緣層449和452由例如氧化鋁之類的陶瓷制成時，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光學元件481用于光學模塊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熱導率更低的材料制成。在第五實施例中，絕緣層450 由各向異性導電材料制成，這樣基底材料448和451經由該各向異性層450可彼此才幾械連4妾和電連接。
當第一基底元件448的其中一個基底表面與第二基底元件451的側面如圖14-16所示地相連時，優(yōu)選將光學元件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)的側表面444上，從而在光學元件481和光纜26 之間形成光耦合，而無需光程轉換設備。(在下文，光學元件481安裝于其上的第一基底元件448的基底表面444有時可稱為光學元件安裝面。)這有利地使得光學模塊441的成本降低和低型面化。
光學元件481是一種能夠將電信號轉變?yōu)楣庑盘柌⒃摴庑盘柊l(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并將該光信號轉變?yōu)殡娦盘柕墓饨邮赵?。光發(fā)射元件的實例包括發(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)。光接收元件的實例包括pin光敏二極管(pin PD)和雪崩光電二極管 (APD )。光學元件481可由諸如Si、 Ge、 InGaAs、 GaAsP和GaAlAs 之類的適當材料制成.
注意，在第五實施例中，其中一個光學模塊441 (設置在圖13的右側)為表面發(fā)射型，其中光學元件481為表面發(fā)射激光器VCSEL，而另一光學模塊441 (設置在圖13的左側)為表面接收型，其中光學元件481為表面接收光敏二極管。
光學模塊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,以在將電信號從印刷電路板11傳輸給光學元件481 的過程中驅動光學元件481，或者接收并放大來自光接收型光學元件 481的電信號。也即，當光學元件481為光發(fā)射元件時，IC元件482 為驅動該光學元件481的集成電路(所謂的"驅動器IC")。當光學元件481為光接收元件時，IC元件482是放大電信號的集成電路(所謂的"接收器IC")。與第一至第四實施例相似，在第五實施例中IC元件482布置在光學模塊441中使得光學元件481與IC元件482之間的傳導長度減小，這樣與光學元件481和IC元件在光學模塊441外部相連的情況相比，增加了光學模塊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，當第一基底元件448的其中一個基底表面連接于第二基底元件451的側面時，可優(yōu)選將IC元件482安裝在第二基底元件451的其中一個基底表面上(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的基底表面有時可稱為IC元件安裝面。)換句話說，可優(yōu)選將光學元件481 安裝第一和第二基底元件448和451中的其中一個上并且將IC元件 482安裝在第一和第二基底元件448和451中的另一個上。如果光學元件481和482都安裝在第一和第二基底元件448和451中的任一個上，這些元件481和482就互相物理地靠近，這樣光學元件481易于受到來自IC元件482的熱和電磁影響。此外，如果將光學元件481 和IC元件482都安裝在基底元件448和451中的任一個上，很難保護用于安裝兩元件481和482的空間，由此很難減少光學模塊441的總尺寸。
光學模塊441除了包括光學元件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。為了易于保護用于安受到光
學元件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的或被動的。特別當電子或電路元件為電容器時，可以減小光學模塊441的電阻和電感，于是增強光學模塊441的性能。
連接焊盤486形成于基底元件448和451的相對的連接面上并經
如圖14和15所示，焊盤487在光學元件安裝部466周圍形成于第一基底元件448的光學元件安裝面444 (與基底元件的連接基底表面相對)上，用于經由焊線491連接光學元件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安裝在獨立的基底元件448和451上，光學元件481和IC元件482經由導電層457、通路孔導體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475設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上提供獨立的熱導路徑從而將熱量從光學元件481和IC元件482擴散至光學模塊441的外側，而不會在部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之間導致傳熱。在第五實施例中，通路孔導體458b用作熱通路從而將熱量從這些元件481和482擴散至光學模塊441的外側。接地層465由于其固態(tài) 形式還具有將熱量從光學元件481有效傳遞至光學模塊441外側的功能。在第五實施例中，這里的每個光學元件安裝部466和IC元件安裝部467由導電材料制成。因此可以將熱量從光學元件481經由光學元件安裝部466、通路孔導體458b、接地層465、塊形焊盤489以及塊形接點475擴散至印刷電路板11,并將熱量從IC元件482經由IC 元件安裝部467、通路孔導體458b、塊形焊盤489以及塊形接點475 擴散至印刷電路板ll，例如當IC元件482產生的熱量大于光學元件 481時，部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之間不會傳熱。
如圖14所示，為了便于對準，對齊標記495形成于第一基底元件 448的光學元件安裝面444上。在第五實施例中，對齊標記495為十字形。
光學模塊441還包括一個或多個光耦合元件431,作為用于光學元件481和光學設備26光軸對齊的導軌。為了獲得高對齊精度和耦合強度，可優(yōu)選在光學模塊441中提供多個光耦合元件431。對于低型面的光學模塊441,進一步可優(yōu)選將光耦合元件431和光學元件481 設置在第一基底元件448上，更具體地說是設置在第一基底元件448 的相同基底表面上，例如以光學元件481設置在光耦合元件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。
在第五實施例中，兩個導銷431用作光耦合元件，如圖13-16所示。這些導銷431被插入和裝配于第一基底元件448的導孔中從而從基底440的側表面伸出并且在平面方向上延伸，由此光學沖莫塊441厚度的不增加就可獲得低型面。
可優(yōu)選的是，為了將導銷431正確接合入對應光學設備26的對齊孔內以及接合入基底440的導孔內，基底440的每個導銷431和每個導孔的直徑基本與對應光學設備26的連接器插頭21的對齊銷孔相同。
考慮到通用性，連接器插頭21和導銷431可以是為MT連接器所設計的插頭和導銷。在這種情況下，根據JISC 5981，連接器插頭 21的對齊孔和基底440的導孔制成直徑為0.7土0.001mm，孔與孔節(jié)距為4.6士0.003mm。此外，根據JIS C 5981也可采用直徑為0.699mm的導銷431 "CNF125A-21".
基底440的導孔優(yōu)選通過精密加工形成。特別當第一基底元件448為疊層陶瓷基底元件時，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、然后通過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成導孔，這樣導孔就形成于第一基底元件448中。當精密加工形成導孔時，通過將導銷431插入如此精密加工的孔內而使光學元件481和纖維光纜26之間的光軸對齊更容易和正確地實現(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、才幾械加工性更佳。由于陶瓷基底元件448不僅具有良好熱導性和高尺寸穩(wěn)定性的優(yōu)點，還具有高硬度和不良機械加工性的缺點，所以直接在陶資基底元件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 可通過任何精密加工方法例如鉆孔、沖壓或激光加工而形成?？紤]到成本問題，孔462優(yōu)選采用精密鉆孔才幾鉆孔形成。填充物463的實例包括樹脂類材料、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格一般低于陶資材料，這樣將這種低硬度、低價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。
下面將介紹光學模塊441的制造方法。
第一基底元件448首先通過例如圖19所示的下列步驟來制造。通過均勻地混合和揉捏諸如礬土粉、有機粘結劑、溶劑和增塑劑之類的各種組分來準備泥漿原料。利用刮刀對所準備的泥漿原料進行片材成型處理，由此生產出給定厚度的多個生片材。通過在生片材的特定位置處進行沖壓而形成孔，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入各個孔內。將諸如鴒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其進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。由于這時片材疊層仍然是未加工的，所以凹槽461可以容易地以〗氐成本形成。通過公知的工藝將如此荻得的生片材疊層干燥和脫脂，并以足以燒結
氧化鋁的溫度(例如1650-1950°C)將其燒結，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和導電層、光學元件安裝部466及焊盤486和487、塊形焊盤 489、通路孔導體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、以及填在孔內的金屬膏劑組成。
通過混合環(huán)氧樹脂、固化劑和硅石填充物等，然后利用三輥捏和機捏揉如此獲得的混合物，從而準備好填充物463。通過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的各個凹槽 461中，在120。C將第一基底元件448加熱1小時，這樣填充物463 變成半硬化。這時填充物463沒有完全硬化是為了易于進行下列的孔制造工藝。
利用精密鉆孔機使孔462分別形成于半硬化的填充物463上。通過這種精密加工工藝，孔(導孔)462作為用于光軸對齊的精確定位基準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，以此作為光學模塊441成本降低的措施。
在150。C將如此獲得的基底元件448加熱5小時，從而^f吏填充物 463完全硬化。然后，通過公知的工藝將基底元件448拋光以將精密孔462的直徑微調至0.700mm，精確至士0.001mm。
接下來通過例如圖17所示的下列步驟來制造第二基底元件451。
準備在制造第一基底元件448中所使用的相同泥漿材料，并利用刮刀對其進行片材成型處理，由此產生給定厚度的多個生片材。通過在生片材的特定位置處進行沖壓而形成孔，將諸如鎢膏劑之類的金屬膏劑填入各個孔內。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其進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。通過公知的工藝將如此獲得的生片材疊層干燥、脫脂和燒結，由此形成疊層的陶瓷基底元件451。在這樣形成的陶資基底元件451中，導電層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、以及填在孔內的金屬膏劑組成。
接著，通過將基底元件448設定在芯片安裝器中以使基底元件448 的光學元件安裝面444保持面朝上的狀態(tài)、然后利用粘合劑將光學元件481粘結于光學元件安裝部466上，這樣光學元件481如圖20所示地安裝在第一基底元件448中。對齊標記495可用于部件對齊。一旦將基底元件448設定在粘合設備中以使得基底元件448的光學元件安裝面444保持面朝上的狀態(tài)，就提供焊線491以便使光學元件481與導電元件458b和487之間形成電連接。
然后，通過基底元件451設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設定在粘結設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的光學元件安裝面444和第二基底元件
上的狀態(tài)，從而這些粘附和引線接合工藝"完成相對比較容易。
通過在基底元件448和451之間布置各向異性導電材料制成的膜 450、應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。
將導銷431插入和裝配于基底440的精密孔462中，使得導銷431 各自具有從基底440伸出的部分。之后，將焊塊475設置在塊形焊盤 489上并在給定的溫度對其進行軟熔處理一段時間，由此將光學模塊441安裝在印刷電路板11上?？蛇x擇地，在將光學模塊441安裝于印刷電路板ll之后，可將導銷431裝配在基底440上。
最后，將光學模塊441與纖維光纜26的連接器插頭21耦合。一旦將導銷431的伸出部分插入插頭21的對齊孔內，光學模塊441和纖維光纜26之間的光軸對齊就可容易地實現(xiàn)。
如上所述，將導銷431用作光學模塊441中的定位基準使得光學元件481與光學設備26之間容易進行光軸對齊。因此，光學元件481 可以與光學設備26以高精度光耦合，由此允許進行有效的光耦合。
第一和第二疊層基底元件448和451的連接基底440在結構上適于將光學元件481和導銷431支承于基底440的側表面上，以及將IC 元件482支承于基底440的主表面上。因此，可以將光學模塊441的厚度尺寸最小化，用于低型面的光學模塊441。
對于基底440的制造工藝，基底元件448和451是以獨立的步驟來準備的，而無需像在以前的技術中那樣將基底440處理成復雜的三維形狀?；?40可以以4氐成本相對容易地制造。
第一和第二基底元件448和451在基底440中彼此電連接，這樣可將光學元件481和IC元件482支承于獨立的基底元件448和451 中。而且，電路圖案可有利地形成于整個基底440上。所以，可以完全利用整個基底440而不會浪費空間。這使得光學模塊441的尺寸減小。
由于第一和第二基底元件448和451主要由陶瓷構成，光學模塊 441能夠獲得高硬度和尺寸穩(wěn)定性以及良好的熱導性。因此，可以防止光學模塊441中出現(xiàn)問題(例如，由于對光學元件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。第六實施例
以下將參照圖22和23描述第六實施例。
第六實施例的光學模塊541在結構上類似于第五實施例的光學模塊441，如圖22和23所示，除了光學元件481和IC元件482的設置以外。更具體地說，空腔559和560形成于第一基底元件448的光學元件安裝面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。這種布置使得光學元件481和IC元件481較少伸出基底 440，由此光學模塊541獲得低型面。而且，從光學元件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模塊541的操作。第七實施例
下面將參照圖24描述第七實施例。
第七實施例的光學模塊641在結構上類似于第五實施例的光學模塊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。在第六實施例中沒有將連接焊盤486設置于基底元件448和451的連接面上。取而代之的是，焊盤690設置在基底元件448和451的上表面上，焊線 691設置在焊盤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 也可彼此機械連接和電連接。第八實施例
最后，將參照圖25描述第八實施例。
第八實施例的光學模塊741在結構上類似于第五實施例的光學模塊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，連接焊盤791形成于基底元件448和451的相對的連接面上，焊塊792設置在任何相對的兩連接焊盤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因此可通過連接焊盤791、焊塊792和填料層750而彼此才幾械連接，并通過連接焊盤791和焊塊792而彼此電連接。可選擇地，不設置填料層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之間的機械連接會削弱。
只要這里已經使用了方向術語"上"、"下"、"垂直"和"橫向"，它們就始終與本申請的"附圖的簡要說明"部分中所使用的方向一致。
日本專利申請NO.2004-162244 ( 2004年5月31日提交)和 NO.2004-248486 ( 2004年8月27日提交)的全部內容在此引入作為參考。
雖然本發(fā)明已經參照上述的本發(fā)明特定實施例進行了描述，但本發(fā)明不限于這些實施例。本領域技術人員可以根據上文的教導對上述的實施例進行各種變型和變化。本發(fā)明的范圍限定于附隨的權利要求中。
權利要求
1. 一種光學模塊，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絕緣層，第一和第二基底元件允許在它們之間進行電連接，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，用以提供用于光學元件與對應光學設備進行光軸對齊的定位基準。
2. 根據權利要求l所述的光學模塊，還包括安裝于第二基底元件上的第一和第二半導體元件中的至少一個，其中第一半導體元件能夠驅動光學元件，第二半導體元件能夠放大來自光學元件的信號。
3. 根據權利要求2所述的光學模塊，其特征在于，第一和第二基底元件中的每個都具有形成于其內的空腔，光學元件和半導體元件分別布置在第一和第二基底元件的空腔內。
4. 根據權利要求1所述的光學模塊，其特征在于，所述耦合元件是導銷，所述對應光學設備是纖維光纜，所述光學模塊通過光學連接器連接到纖維光纜上，并且該光學模塊具有包括所述基底的模塊主體，該模塊主體被構造成通過導銷與光學連接器的插頭相連，該模塊主體的側表面與連接器插頭的配合面相對，纖維光纜的端面在該配合面處露出，并且所述模塊主體被構造成通過卡簧夾緊到連接器插頭上，所述卡簧適用于在兩個MT連接器插頭之間夾緊該兩個MT連接器插頭。
5. 根據權利要求4所述的光學模塊，其特征在于，所述光學連接器是MT連接器。
6. 根據權利要求5所述的光學模塊，其特征在于，所述連接器插頭和所述卡簧依照JISC5891標準設計。
7. 根據權利要求4所述的光學模塊，其特征在于，所述模塊主體具有第二側表面，該第二側表面與所述第一側表面相對設置，并且用卡簧的夾緊部保持，所述模塊主體的所述第一側表面上形成有將導銷接收于其內的導孔。
8. 根據權利要求1所述的光學模塊，其特征在于，連接器插頭由樹脂類材料制成，模塊主體主要由其熱導率比樹脂類材料高的材料構成。
9. 根據權利要求4所述的光學模塊，其特征在于，所述第一基底元件包括形成于其內的凹槽和填充物，該填充物的機械加工性比第一基底元件的機械加工性好，該填充物被填入所述凹槽內并被精密加工以形成導孔的至少一部分，其中導銷插入該導孔內。
10. 根據權利要求4所述的光學模塊，其特征在于，所述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側表面以外的模塊主體的表面中。
11. 根據權利要求4所述的光學模塊，其特征在于，所述模塊主體包括多個布置在其上的電端子。
12. —種用于光學模塊的基底，該光學模塊具有光學元件和耦合元件，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陶瓷絕緣層、光學元件安裝于其上的安裝部和將耦合元件接收于其內的精密加工形成的孔；以及第二陶乾基底元件，其具有沿著第二疊層方向疊在一起的多個陶瓷絕緣層；第一和第二陶資基底元件允許在它們之間進行電連接，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。
13. 根據權利要求12所述的基底，還包設置于第一和第二基底元件之間的絕熱層，該絕熱層由熱導率比絕緣層的熱導率低的材料制成。
14. 根據權利要求13所述的基底，其特征在于，所述絕熱層由各向異性的傳導材料制成。
15. —種光耦合結構，包括纖維光纜；光學連接器，其具有固定于纖維光纜的一端的插頭；導銷；卡簧，其適用于在兩個MT連接器插頭之間夾緊該兩個MT連接器插頭；和光學模塊，其包括模塊主體，其具有作為主要部件的基底，該模塊主體夾緊到連接器插頭上并通過導銷與該連接器插頭相連，該模塊主體的側表面與連接器插頭的配合面相對，纖維光纜的端面在該配合面處露出，所述基底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絕緣層，該第二基底元件具有沿第二疊層方向疊在一起的多個絕緣層，該第一和第二基底元件允許在它們之間進行電連接，該第一和第二基底元件^皮連接在一起，從而使得第一和第二疊層方向基本互相垂直；光學元件，其安裝在所述第一基底元件上并具有光軸，當將導銷裝配于模塊主體和連接器插頭內時，所述光軸與纖維光纜的光軸對齊；以及安裝在模塊主體上的第一和第二半導體元件中的至少一個，其中第一半導體元件能夠驅動光學元件，第二半導體元件能夠放大來自光學元件的信號。
全文摘要
一種通過光學連接器與纖維光纜耦合的光學模塊，包括模塊主體，其通過專用的導銷可與光學連接器的插頭相連，該模塊主體的側表面與連接器插頭的配合面相對，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元件，當將導銷裝配于模塊主體和連接器插頭內時，該光軸與纖維光纜的光軸對齊。
文檔編號G02B6/42GK101446675SQ20091000136
公開日2009年6月3日申請日期2005年5月31日優(yōu)先權日2004年5月31日
發(fā)明者堀尾俊和, 大野正樹, 大野猛, 小島敏文, 川村彩子, 若松進, 高田俊克申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社

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