CN1667440A - 光学模块及其制造方法、保护组件及带电布线的保护组件 - Google Patents

Abstract

光学模块及其制造方法、保护组件及带电布线的保护组件。根据该发明，提供了一种光学模块，该光学模块包括：光学元件(1)；保护组件(3)，用于保护要光耦合到光学元件(1)的光传输介质(3a)；和形成在与光学元件(1)相连接的保护组件(3)上的电布线(3b)。这可以减少构成光学模块的主要组件的数量，从而实现一种小尺寸、低成本的光学模块。

Description

光学模块及其制造方法、保护组件及带电布线的保护组件

技术领域

本发明涉及光学模块、该模块的制造方法、保护组件、以及带有电布线的保护组件，例如，涉及一种适于在下一代服务器系统等中的数据传输用光发送模块和光接收模块中使用的技术。

背景技术

由于服务器系统中的数据传输依赖于大规模的并行传输，所以需要以并行方式安装大量的光学模块。这就要求针对每个光学模块进行尺寸缩减和成本缩减。

作为第一传统示例，图22显示了一种用于光通信的CAN封装型光学模块。如图22所示，传统的CAN封装型光学模块包括以下主要组件：诸如激光二极管(LD)或光电二极管(PD)的光学元件100，(两个)透镜200，用于保护光纤300a的套架300，用于保护光学元件100和管座(stem)500的气密密封窗制封帽400，总共6个组件。按如下方式进行光轴调节(控制)，即，在两个点(2个透镜200)处进行二维调节，并且在一个点(套架300)处进行一维调节。

作为第二传统示例，图23显示了一种使用硅(Si)平台的光学模块，该光学模块是近年来为大幅削减光学模块的成本而开发研制的。日本专利特开2003-121707中提出了图23所示的光学模块，该光学模块包括以下主要组件：Si平台(Si座)600，套架300和光学元件(LD)100，总共3个组件。作为光轴调节，在一个点(光学元件)处进行二维调节。该光学模块属于这种类型，其中将套架300和光学元件100安装在Si平台600的表面上，该Si平台600具有适于承载端面受光/发光型光学元件[FP-LD(法布里-珀罗(Fabry Perot)激光二极管)或波导型PD]。在图23中，标号700表示层间布线，标号701表示绝缘隔垫，标号702表示用于驱动光学元件100的驱动器IC，该驱动器IC通过Au布线连接到光学元件100。

然而，上述第一传统示例不仅需要大量部件，而且还需要大量光轴调节点，这不利于尺寸缩减和成本降低。

另一方面，第二传统示例考虑的是承载端面受光/发光型光学元件，因此，它不适合承载作为表面发光元件(VCSEL：垂直腔表面发射激光器)或表面受光元件的标准的、低成本的PIN-PD(PIN-光电二极管)。

发明内容

本发明就是从消除这些问题的角度出发的，因此，为了实现小尺寸、低成本的光学模块，本发明的一个目的就是要减少光学模块部件的数量，以及进一步解决低成本表面受光/发光型光学元件(VCSEL、PIN-PD)的加载问题。

为此，根据本发明的一方面，提供了一种光学模块，其包括：光学元件；保护组件(构件)，用于保护要光耦合到所述光学元件的光传输介质；以及电布线，形成在用于所述光学元件的所述保护组件中。

另外，根据本发明另一方面的保护组件具有形成在用于保护光传输介质的保护组件的端部中的一凹部(腔状部)。

此外，根据本发明的又一方面，提供了一种制造光学模块的方法，所述光学模块包括：光学元件；保护组件，用于保护要光耦合到所述光学元件的光传输介质；以及用于所述光学元件的电布线，其中，为在所述光学元件与所述光传输介质之间进行光轴调节(对准)，对所述光学元件与所述光传输介质之间的相对位置进行调节，与此同时，通过使用非固化导电粘合剂使所述光学元件或安装有所述光学元件的光学元件安装基板(底板)的电布线与形成在所述保护组件中的电布线导通，以驱动所述光学元件，并且在所述调节完成后固化所述导电粘合剂。

再有，根据本发明的再一方面，提供了一种制造光学模块的方法，所述光学模块包括：光学元件；保护组件，用于保护要光耦合到所述光学元件的光传输介质；以及用于所述光学元件的电布线，其中，为在所述光学元件与所述光传输介质之间进行光轴调节，通过反复执行以下步骤来调节所述光学元件与所述光传输介质之间的相对位置：移动步骤，将所述光学元件设置成驱动停止的状态，并且在所述光学元件或安装有所述光学元件的光学元件安装基板与所述保护组件相分离的状态下，改变所述光学元件与所述光传输介质之间的相对位置；光学元件驱动步骤，通过使所述光学元件或所述光学元件安装基板的电布线与形成在所述保护组件中的一电布线相互接触，来驱动所述光学元件；以及检测步骤，检测从所述光学元件通过所述光传输介质输出的光功率的幅值，或者检测与通过所述光传输介质输入的光对应的受光电信号的幅值，并且在所述调节完成后，把所述光学元件或所述光学元件安装基板与所述保护组件彼此固定地安装在一起。

而且，根据本发明的又一方面，提供了形成有电布线的保护组件(即带有电布线的保护组件)，其包括：用于保护光传输介质的保护组件，和形成在该保护组件中用于与外部电路进行电连接的电布线。

这样，与上述参照图22所述的第一传统示例和参照图23所述的第二传统示例相比，本发明可以减少光学模块的主要部件的数量，因此，非常有助于减小光学模块的尺寸。另外，由于在用于保护光传输介质的保护组件中形成有凹部(腔状部)，该凹部可以容纳所述光学元件的至少一部分，这就使得在保护光学元件的同时进一步减小了光学模块的尺寸。

更进一步，不同于第二传统示例，本发明可以实现一种简单的安装结构，其适于加载低成本表面型光学元件(VCSEL或PIN-PD)。

总之，本发明非常有助于光发送模块或光接收模块的尺寸减小与成本降低，这些模块对于下一代服务器系统中的数据传输很有用。

附图说明

图1是例示出根据本发明第一实施例的光学模块的结构的部分透明侧视图；

图2(A)和2(B)是例示出用作图1所示光学模块的主要组件的光学元件的透视图；

图3是例示出其上承载(安装)有图2中所示光学元件的底座(装有光学元件的基座)的透视图；

图4是例示出用作图1中所示光学模块的主要组件的套架的透视图；

图5是例示出套架端面的粘合剂施加位置的平面图，用于解释图1中所示光学模块的制造方法；

图6是示出光轴调节系统的结构的框图，用于解释图1中所示光学模块的制造方法；

图7是例示出在由图6中所示光轴调节系统进行光轴调节下的粘合剂状态的侧视图；

图8是用于解释在图1中所示光学模块的制造过程中的树脂密封的例示性侧视图；

图9是用于解释在图1中所示光学模块的制造过程中的树脂密封的例示性侧视图；

图10是例示出根据本发明第二实施例的光学模块的部分透明侧视图；

图11是例示出用作图10中所示光学模块的主要组件的光学元件的透视图；

图12是例示出用作图10中所示光学模块的主要组件的套架的透视图；

图13是示出光轴调节系统的结构的框图，用于解释图10中所示光学模块的制造方法；

图14(A)到14(C)是用于解释使用图13中所示光轴调节系统的光轴调节过程的例示图；

图15是用于解释在图10中所示光学模块的制造过程中施加透明树脂的例示性侧视图；

图16是用于解释在图10中所示光学模块的制造过程中进行树脂密封的例示性侧视图；

图17是用于解释图1和图4中所示带有电布线的套架的制造过程的例示图；

图18是用于解释图1和图4中所示带有电布线的套架的制造过程的例示图；

图19是用于解释图1和图4中所示带有电布线的套架的制造过程的例示图；

图20是用于解释图1和图4中所示带有电布线的套架的制造过程的例示图；

图21是用于解释图10和图12中所示带有电布线的套架的制造过程的例示图；

图22是示出第一传统示例的CAN封装型光学模块的内部结构的例示性透视侧视图；以及

图23是示出形成第二传统示例的使用硅平台的光学模块的结构的侧视图。

具体实施方式

[A]第一实施例

图1是根据该发明的第一实施例说明光学模块构造的部分透明侧视图。图2(A)和2(B)是示意性地示出用作该光学模块的主要组件的光学元件的透视图，图3是示意性地示出加载(安装)该光学元件的基座(光学元件安装基板)的透视图，而图4是示意性地示出用作该光学模块的主要组件的套架的透视图。

在图1中，光学模块包括以下主要组件：基座8，其上安装有光学元件1，例如，安装有诸如LD的发光元件或诸如PD的受光元件，它们用于执行光电转换；和套架(保护组件)3，用于保护用作光传输介质的光纤。另外，在图1中，标号7表示Pt板[印刷基板(外部电路)]，在该Pt板中封装有用于驱动光学元件1的驱动电路及其他电路。

在该结构中，例如，如图2(A)所示，光学元件1在基板1b的一个表面(正面)上具有：透光窗口部1a，在安装LD的情况下用作发光部，在安装PD的情况下用作受光部；和电极图案(正面电极)1c，用作信号(LD驱动信号或PD受光电流)侧电极。如图2(B)所示，光学元件1在基板1b的另一表面(背面)上具有一电极图案(背面电极)1d，该电极图案用作电源或地(GND)侧电极(电源/地侧电极)。该结构是投入市场的表面光学元件(VCSEL或PIN-PD)所共有的配置。

同时，如图1和图4所示，在套架3中加工有一通孔，其用于容纳光纤3a，在沿所述通孔(光纤3a)的延伸方向的一个侧壁表面(端面)上加工有一凹部(indentation)或腔状部(光学元件容纳凹部)3c，该凹部3c能够整体或部分地容纳安装在基座8上的光学元件1，因此，围绕该凹部3c形成了壁部3d。

在套架3的主体的上表面侧(图4中的下侧)部分地切断壁部3d，该切断(间隙)部由标号3g表示，用作如后所述用透明树脂12填充凹部3c的填充窗口。光纤3a的另一端暴露在与其中形成有前述光学元件容纳凹部3c的侧壁表面相对的另一侧壁表面处。

而且，从围绕凹部3c的壁部3d的上表面到侧表面(套架下表面：图4中的上侧构成一下表面)，在套架3的表面上形成有与光学元件1相关的电布线(电极图案)3b(参见通过在图中加阴影所示出的电布线31、32和33)(至少用于光学元件1的驱动信号的传输)。在这种情况下，在壁部3d的上表面孤立形成的电布线31，用作与光学元件1的信号电极1c电连接的信号侧电极(布线)；而在同一壁部3d的上表面形成的另一电布线32和在套架3的下表面形成的电布线33，用作与光学元件1的电源/GND电极1d电连接的电源/GND侧电极(布线)。

因此，如图1所示，当把套架3以套架下表面朝下的状态设置在Pt板7上的时候，在套架下表面侧形成的电布线31和33与用于形成在Pt板7上的驱动电路和其他电路的(多个)电布线可以容易地通过焊接层(焊接凸起(bump))10等进行连接。即，在该实施例中，将套架3加工成至少使电布线3b的一部分(31，33)形成在套架3的侧表面(平坦部分)上，并且形成在该部分上的电布线31和32与形成在Pt板7上的电布线相互电连接。

在这个连接中，根据Pt板7侧的布线图案等，其上要形成电布线3b的所述部分的套架侧表面的所述平坦部分也可以仅位于该侧表面的一部分上，而不是位于该表面的全部上。此外，对于在本实施例中所用套架3的主体(设备的主体)，例如，使用陶瓷作为其材料，并且通过使用Au淀积等来形成电布线3b。对与安装有电布线3b的端面相对的端面进行光学抛光，并将其通过接合销(engaging pin)连接到外部光纤。相应地，用于插入接合销的孔(接合销插入孔)3f设置在套架3的内部。稍后将说明带有该电布线3b的套架3的制造过程。

例如，如图3所示，在基座8中，在陶瓷基板8b上形成有Au(金)图案(电布线)8a(81，82，83)，在其上加载光学元件1的部分处，形成有例如由AuSn制成的焊接层(焊接凸起)8c。该焊接层8c连接到前述的光学元件1的背面电极1d。焊接层8c通过Au图案81连接到带有套架3侧布线3b(电源/GND侧电极32)的连接部(接合部)。另外，利用陶瓷基板作为基板8b的原因在于其在随后的焊接凸起8c的加热和熔化中的抗热性。换句话说，也可以使用由其他材料制成的基板，只要其在焊接凸起8c的加热和熔化中表现出可接受的耐热性即可。

另外，在基座8上还形成有一线焊盘8d，其将例如通过接合线(Au线)11(参见图1)连接到光学元件1的正面电极1c，并且线焊盘8d通过电布线82连接到Au图案83，该Au图案83用作位于带有套架3侧布线3b(信号侧电极31)的所述连接部(接合部)处的电极焊盘。在图3中，标号8e表示指示光学元件1的加载(安装)位置的标记。

如图1所示，对其上通过焊接层8c安装有光学元件1的基座8进行对准，以使光学元件1与光纤3a的光轴相互重合，在该状态下，即套架3侧布线3b(31和32)和基座8侧布线8a(83和81)沿把光学元件1容纳在套架3中所形成的前述凹部3c中的方向相互接触时，基座8就附接并固定到套架3上，由此将光学元件1和带有电布线3b的套架3集成为一体。这样，就把光学元件1以容纳在凹部3c中的状态与套架3集成在一起，这样就可完全实现尺寸缩减而同时保护光学元件1。

在这种情况下，例如，使用导电粘合剂14和紫外线固化型树脂12来在套架3与基座8之间进行连接和固定。从抑制布线之间的短路和确保光学元件1与光纤3a之间的光路的角度出发，优选的是，紫外线固化型树脂12和导电粘合剂14在固化前的粘度大约为20000 CP(厘泊)，这可在一定程度上抑制流动性。在本实施例中，由于将紫外线固化型树脂12设置在光路中，所以要求它对于要在光学元件1与光纤3a之间传输的光信号是透明的(透光率为100％或约100％)。理想的是，紫外线固化型树脂12的折射率(大约1.5)等于或约等于光纤3a的折射率。而且，优选地，为了避免光散射进行脱泡(deaeration)。

关于以这种方式构造的安装有包括电布线的光学元件的套架3，如图1所示，套架3侧布线3b(31，33)和在其上安装有用于驱动光学元件1和其他元件的驱动电路的Pt板(外部电路)7通过焊接层10等彼此电连接，由此提供了包括光学元件和套架的光学模块。

下面将更详细地说明组装根据本实施例的光学模块的方法。

当相对于带有电布线3b的套架3对准并固定光学元件1时，就出现了一个对准方法的问题。即，在该实施例中，由于用于向光学元件1供电的布线位于套架3侧，而不位于光学元件1侧，因此，为了执行用于在驱动光学元件1的同时调节光轴的主动对准，就需要一用于向光学元件1供电的装置，而为了执行其中在光轴调节(控制)时不驱动光学元件1的被动对准，就需要在光学元件1上形成标记等。

在该实施例中，采用一用于向光学元件1供电的方法来执行基于主动对准的光轴调节。采用主动对准的原因在于，不管是主动对准还是被动对准，表面型光学元件1相对于套架3的对准都需要二维的相对位置调节，并且主动对准能够在光轴调节过程中直接监测和检查光耦合效率，需要较低的生产成本。当然，采用被动对准也是可以接受的。

根据在光轴调节过程中进行主动对准的用于向光学元件1供电的方法大致分成：方法(a)，其中将导电粘合剂14用于光学元件1(基座8侧布线8a)与套架3侧布线3b之间的连接；方法(b)，其中通过使光学元件1(基座8侧布线8a)与套架3侧布线3b相互接触来进行导电。

作为该实施例，下面来说明上述的方法(a)，在该方法中，将导电粘合剂14用于光学元件1(基座8侧布线8a)与套架3侧布线3b之间的连接。

主动对准要求：(i)光学元件1与套架3之间的相对位置可精细调节；(ii)从套架3侧布线3b到光学元件1(基座8侧布线8a)的导电是可行的；以及(iii)用于光学元件1操作的元件温度接近室温。这只是要求用于布线3b与8a之间的电连接的导电材料在光轴调节过程中可在室温下发生变形，并在光轴调节后可以固化。因此，使用导电粘合剂14(例如，银质浆料)作为布线3b与8a之间的电连接的导电材料。

导电粘合剂14在固化之前处于具有流动性的半固态状态下，在受热后就变成固化状态。按如下方式选择导电材料14的类型，即，使固化温度不超过套架3的耐热温度。按如下方式来进行使用导电粘合剂14的光轴调节/固定：首先在光学元件1(基座8侧布线8a)和套架3侧布线3b通过非固化导电粘合剂14彼此电连接的状态下，进行光轴调节；然后，在完成光轴调节后，使导电粘合剂14固化。通常，导电粘合剂14(银质浆料)是热固性粘合剂，在多数情况下，这种粘合剂将在自动恒温器(thermostat)中固化。另外，作为导电粘合剂14，也可以使用焊料(solder)，只要它的温度不超过套架3的耐热温度即可。

在从光轴调节系统到自动恒温器的移动过程中，在自动恒温器中的固化过程中调节过的光轴有可能偏移。为了避免这种可能性，需要在光轴偏移发生之前固定光学元件1(基座8)和套架3，因此，优选地，紧随光轴调节之后，通过利用固化时间很短的紫外线固化型树脂12来进行暂时固定。

作为用于暂时固定的紫外线固化型树脂12，使用了一种对光信号透明的材料(透光率为100％或大约100％)。将其置于套架3内部的光纤3a与光学元件1之间，以进行气密密封。这就带来下列效果和优点。

首先，由于直接对光轴偏移防止部进行暂时固定，所以就有可能改善光耦合的稳定性，直至导电粘合剂14进入硬化状态为止。

其次，选择一种与光纤3a的折射率相匹配的透明粘合剂，使得在光学元件1是LD的情况下，光纤3a的端面上的反射可以得到抑制，这种反射会引发噪声。

第三，如果在导电粘合剂14固化后向光学元件1涂敷密封树脂，通常可以防止不透明的密封树脂进入到光学元件1与光纤3a之间而影响它们之间的光耦合。另外，通过经由光纤3a向光学元件1与光纤3a之间施加紫外线射线，确保置于其间的紫外线固化型树脂12得到了固化。

参照图5到图9，来说明一个实际的组装示例。

(1)在基座8上加载光学元件1

首先，例如，将基座8吸附(吸引)安装到一加热器(未示出)上，并且根据光学元件加载位置标记8e将光学元件1设置在基座8上，以使背面电极1d接触基座8上的焊接凸起8c。在该状态下，加热器进行加温(例如，在使用AuSn的情况下，在310℃下持续加热大约10秒钟)以熔化焊接凸起8c，然后冷却到室温。这样，就把光学元件1的背面电极1d通过焊接层3c固定到基座8上。而且，光学元件1的上表面电极1c和基座8侧线焊盘8d例如通过接合线11相互连接在一起。

(2)将粘合剂施加到套架3上

使用分配器(dispenser)将粘合剂(紫外线固化型树脂12和导电粘合剂14)施加到套架3上。例如，如图5所示(对应于在图4中用箭头A标出的套架3的一部分的图示)，将紫外线固化型树脂12施加到光纤3a的一端部露出的一部分上，将导电粘合剂14施加到套架3侧布线3b(31，32)与位于套架3的壁部3d的上面的基座8侧布线8a(83，81)之间的连接部上。当然，可以将这些粘合剂施加到基座8侧的接合部上。

(3)光轴调节

随后，如图6所示，要与光纤3a相连的光纤线(optical fiber cord)30连接到与如上所述施加粘合剂12和14的一侧相对的套架端面侧，然后被放置在光轴调节系统的预定的光学台架(optical stage)20(安装有套架的台架21)上。光纤线30的另一端部，在光学元件1是诸如LD的发光元件时连接到光功率计22，而在光学元件1是诸如PD的受光元件时则连接到光源23(发射可感波长光)。

其上设有套架3的台架21配备有与套架侧布线3b接触的端子(电极图案)21a，并且该端子连接到用于光学元件1的驱动电源24。在光学元件1是受光元件的情况下，驱动电源24连接到与光学元件1的信号侧电极1c电连接的套架3侧布线31，并且还用作电流监测器24a，以检测受光电流信号。

通过例如使用真空吸附用气泵25，将装有光学元件1的基座8吸附并固定到预定工具(tool)(基座吸附工具)26上，使得光学元件1面对其上施加有粘合剂12和14的套架3端面。光学台架20具有一种能够使吸附基座8的基座吸附工具26进行三维运动的机构。

在这种状态下，从上方倾斜地观察基座8(背面)和套架3，以将基座8的外形与套架3端面的一预定位置对准。这样，就完成了在光学元件1和光纤3a的表面方向上的粗略对准。从而，当从侧面观察光学元件1和套架3端面时，基座8就更靠近套架3了，并且紫外线固化型树脂12与光学元件1相接触，导电粘合剂14与基座侧布线8a相接触(参见图7)。

随后，驱动电源24开始向光学元件1供电，并且对光学台架20进行控制，使得光学元件1与光纤3a的耦合效率达到最大，由此对基座8的位置进行精细调节。即，在光学元件1是诸如LD发光元件的情况下，光功率计22检测通过光纤3a输出的光功率的幅值，而当光学元件1是诸如PD的受光元件时，电流监测器24a检测与从光源23通过光纤3a输入的光相对应的受光电信号的幅值，由此对基座8的位置进行精细调节以使检测值达到最大。

(4)基座8和套架3的暂时固定

随后，将已经与光轴调节光源23或光功率计22相连接的光纤线30连接到紫外线光源27，这使得能够通过光纤3a向紫外线固化型树脂12施加紫外光，以固化所述紫外线固化型树脂12。例如，也可以不通过光纤3a而从侧面施加紫外线。而且，为了增强暂时固定的强度，也可以在基座8的周边部分与套架3端面之间施加紫外线固化型树脂12，然后将其固化。

(5)导电粘合剂14的固化

在在自动恒温器中对导电粘合剂14进行加热和固化之前，从光轴调节系统中移开暂时固定的基座8和套架3，并且将连接到套架3的光纤线30从那里断开连接。

(6)树脂密封

最后，例如，通过使用COB(板载芯片(Chip On Board))安装用芯片涂敷树脂(密封树脂)9进行树脂密封(参见图8和9)。此时，选择树脂使得它的固化温度不超过套架3和其他树脂材料的耐热温度。而且，优选的是，进行固化前的粘度对于将树脂9可靠地设置在窄间隙中来说也较低。

具体来说，例如，如图8和9所示，使用分配器40来施加密封树脂9，并且将密封树脂9通过套架3的上述切割部3g(参照图4)注入到基座8和套架3之间的间隙中。图9是显示由图8中的箭头B所指示的部分的平面图，在图9中，透明地显示基座8(由虚线表示)。

在这种情况下，由于光学元件1的厚度大约为200μm，所以套架凹部3c的深度小于1mm，并且由于表面张力的作用，可以防止密封树脂9在套架3的角部处流出。在向其施加了所需量的密封树脂9以后，以基板8侧朝上的状态将该组件放入自动恒温器中，以进行加热和固化。

如上所述，根据该实施例，由于用于光学元件1和外部电路7之间的连接的电布线3b形成在套架3上，所以构成光学模块的主要组件在数量上只有两个(光学元件1和套架3或安装有光学元件1的基座8)，因此，与以上参照图22所述的第一传统示例和以上参照图3所述的第二传统示例相比较，可以减少主要组件的数量，由此显著地减小光学模块的尺寸。因此，这有助于显著地减小尺寸和缩减成本，尺寸的减小和成本的降低对于在下一代服务器系统等中用于传输数据的光发送模块或光接收模块是必要的。具体来说，在该实施例中，在将光学元件容纳在位于套架3的端面中的凹部3c中的状态下进行集成，这使得在保护光学元件1的同时能够实现尺寸的进一步减小。

此外，由于相对于套架3的端面安装和固定安装有光学元件1的基座8，所以可以容易地实现稳定的光耦合结构。具体来说，通过上述示例，由于将光学元件1加载在基座8上，而基座8侧布线8a和套架3侧布线3b是相互连接的，所以当光学元件1构成发光元件(例如LD)时，由光学元件1产生的热量会传递到基座8上，这提高了热辐射效果。

此外，由于光学元件1和光纤3a可以直接相互光耦合而不需使用透镜的简单结构，所以可以使用于光耦合的构件的数量最少。此外，由于套架电布线3b和外部电路7之间的连接部分(焊接层10)承受了施加给套架3的光连接器插入/拔出应力，该插入/拔出应力没有施加在光学元件1和套架3之间，因此，几乎不会产生由于相对位置偏移的增加而引起的光耦合效率的变化。

此外，如上所述，将载有光学元件1的基座8安装在套架3的端面的结构也适合表面受光/发光型光学元件1的安装。即，尽管在使用表面受光/发光型光学元件1的情况下，光学元件1(基座8侧布线8a)和套架3侧布线3b之间的电连接需要将布线之间的连接部分设置在通常相同的平面上，但是光学元件1侧基板(电极1c、1d)对于其中形成有凹部3c的套架侧布线3b的端面为平行的关系，因此，可以在安装时将这些布线设置在通常相同的表面上。具体来说，在使用基座8的情况下，可以只在基座8的一个表面上形成布线图案8a，这样可以使制造简单。

在这种连接中，在使用诸如FP-LD或波导型PD的端面受光/发光型光学元件的情况下，由于光学元件的电极相对于其中形成有凹部3c的套架侧电布线3b的端面为垂直关系，所以需要在其相互邻近的两个表面上使用具有90度弯曲的电布线的基座。

[B]第二实施例的描述

图10是说明根据本发明第二实施例的光学模块的构造的侧视截面图。在图10中，光学模块具有下述构造，在该构造中，光学元件1利用电布线3b直接连接到套架3，而不使用上述基座8。在下面的描述中，如上所使用的相同的标号表示上述相同或相似的部分，除非特别指明。

在该构造中，例如，如图11所示，在光学元件1中，为了在套架3上安装倒装芯片(flip chip)，将信号侧电极1c和电源/GND侧电极1d中的每一个都设置在基板1b的一个表面部分[该表面部分与窗口部分(发光部分或受光部分)1a的表面相同]。

另一方面，还是在该实施例中，套架3由陶瓷材料制成，如图12所示，套架3还具有用于容纳光纤3a和作为销插入孔的通孔，与第一实施例中的情况相类似。而且，在该实施例中，在曝露光纤3a两端的两个端面都为平面(并不形成第一实施例中容纳光学元件的凹部3c)，并从一个端面到套架3的底面(图12的上端是底面)，形成到光学元件1的窗口部分1a和电极1c、1d的位置的电布线3b(31、32、33)。

此外，在这种情况下，与其它布线32和33隔离的电布线31用作为与光学元件1的信号侧电极1c电连接的信号侧电极(布线)，而每一个其它电布线32和33都用作为要与光学元件1的电源/GND侧电极电连接的电源/GND侧电极(布线)。即，此外，在该实施例中，在套架3中，电布线3b的至少一部分(31、33)形成在套架3的侧面(平面部分)上，形成在该部分上的电布线31、32和形成在Pt板7上的电布线相互电连接。而且，由例如AuSn制成的焊接凸起(焊接层)3e形成在与光学元件1相连接的电布线3b的一部分上。

此外，套架3侧布线3b(31、32)和光学元件1侧电极1c、1d通过焊接凸起3e相互电连接并且固定地安装，使得光学元件1和套架3相互集成为一个整体。另外，通过使用导电粘合剂14而不是焊接凸起3e来进行连接和固定也是可以接受的。然而，由于焊接连接的性能记录和光耦合稳定性的可靠性，所以焊接连接的使用是更优选的。此外，在图10中，标号9表示用于气密地密封光学元件1的密封树脂，数字12表示设置在光学元件1和套架3之间的间隙中的透明树脂(紫外线固化型树脂)，用于抑制光纤3a端面处的反射并确保光学元件1和光纤3之间的光路，并且该透明树脂对于光信号来说是透明的。

最后，如图10所示，以这种方式构造的集成有光学元件并安装有电布线的套架3通过焊接层10等电连接并固定到Pt板(外部电路)7上，在Pt板7上安装有用于驱动所电连接的光学元件1的驱动电路和其他电路，由此产生了集成有光学元件和套架的光学模块。

如上所述，在根据该实施例的构造中，由于光学元件1利用电布线3b直接附连到套架3上，而不使用基座8，所以可以进一步减少构成光学模块的主要组件的数量，并且光学模块尺寸的进一步减小也是可以实现的。

下面将描述组装该光学模块的示例。

在这种情况下，如在根据主动对准地光轴调节中向光学元件1供电地方法，采用方法(b)，在这种方法中，通过使光学元件1侧电极1c、1d与套架3侧布线3b相互接触来实现该状态，如在第一实施例中所述。

在该方法中，在第一实施例中所述的三个主动对准的要求[(i)光学元件1和套架3之间的相对位置的精细调节，(ii)光学元件1侧电极1c、1d和套架3侧电极3b之间的导电，(iii)室温]中，相对位置精细调节步骤与电极1c、1d-布线3b导电步骤是独立执行的。

具体来说，重复执行下列步骤(a)到(c)来调节相对位置，直到光学元件1和光纤3a之间的耦合效率达到最高值。

(a)在光学元件1被设置为驱动停止的在状态时，将光学元件1与套架3分离，以改变光学元件1和光纤3a之间的相对位置。

(b)使光学元件1的电极1c、1d和套架3的电布线3b(焊接凸起3e)相互接触，以开始驱动光学元件1。

(c)检测从光学元件1通过光纤3a输出的光功率的幅值，或者检测与通过光纤3a输入到光学元件1的光相对应的受光电信号的幅值。

下面将参照图13到16描述实际的组装过程。

(1)光学元件1和光纤3a的光轴调节

如图13所示，在曝露光纤3a的两个套架端面中，对于不形成电布线3b的端面，连接有光纤软线(optical fiber cord)30，以连接到光纤3a。随后，将套架3设置在该光轴调节系统中具有预定加热器的台架21’上。与套架3的一端面连接的光纤软线30的另一端部在光学元件1是诸如LD的发光元件的情况下连接到光功率计22，而在光学元件1是诸如PD的受光元件的情况下，连接到光源23(发射可感波长)。

此外，在这种情况下，将要在其上设置套架3的台架21’配备有与套架侧布线3b相接触的端子21a，并且连接到光学元件1的驱动电源24。此外，在该实施例中，驱动电源24也用作电流监测器24a，以在光学元件1是诸如PD的受光元件时监测光学元件1(套架侧布线31)处的受光电流。

光学元件1通过使用例如用于真空吸附的泵25将光学元件1吸附并固定的安装到预定装置(光学元件吸附装置)26’上，使得光学元件1的受光/发射表面面对套架3。

在这种状态下，将光学元件1的外形设置为与套架3的预定位置对准，以执行光学元件1与光纤3a之间的粗略对准。随后，使光学元件1更接近于套架3，使得光学元件1的电极1c和1d与形成在套架侧布线3b上的焊接凸起3e接触。

然后开始向光学元件1供电，当光学元件1是诸如LD的发光元件时，通过使用光功率计22来检测通过光纤3a输出的光功率的幅值，而当光学元件1是诸如PD的受光元件时，通过使用电流监测器24来检测与通过光纤3a从光源23输入的光相对应的受光电信号。此后，如图14所示，重复执行下列过程(步骤)(i)到(iii)，对光学元件1的位置进行精细调节，使得光学元件1与光纤3a之间的耦合效率达到最大值。

(i)在光学元件1被设置为驱动停止的状态时，将光学元件1与套架3中分离，以改变光学元件1与光纤3a之间的相对位置[移动步骤：参见图14(A)]。

(ii)使光学元件1的电极1c、1d和套架3的焊接凸起3e相互接触，以通过利用驱动电源24开始驱动光学元件1[光学元件驱动步骤：参见图14(B)]。

(iii)通过使用光功率计22检测通过光纤3a从光学元件1(发光元件)输出的光功率的幅值，或者通过使用电流监测器24检测与通过光纤3a从光源22输入的光相对应的光学元件1(发光元件)中的受光电流的幅值[检测步骤：参见图14(C)]。

(2)光学元件1的固定

根据上述方法完成对光学元件1的光轴调节以后，对带有加热器的台架21’进行加热，直到熔化焊接凸起3e，进而使其冷却到接近室温，使得光学元件1牢固地固定到套架3上。

(3)将透明树脂12设置在光学元件1和光纤3a之间

随后，将透明树脂12设置在光学元件1和光纤3a之间。如同第一实施例中的情况，这是为了提高光耦合的稳定性，为了抑制在光纤3a的端面上发生反射，以及为了防止密封树脂对光路的干扰。

此外，在该实施例中，由于将透明树脂12设置在光学元件1和光纤3a之间的耦合光路的位置处，所以要求该树脂对于光信号来说是透明的(透光率是100％或接近100％)。理想的是，透明树脂12的折射率(大约1.5)与光纤3a的折射率相等或大致相等。而且，优选地，为了避免由气泡导致的光散射而进行脱泡。此外，由于将透明树脂12设置在光学元件1和光纤3a之间的窄间隙中，所以在固化之前其粘度低(例如，大约20000CP)是优选的。透明树脂12可以是紫外线固化型树脂，或者也可以是诸如硅酮树脂的热固型树脂。

例如，如图15所示，在实际过程中，通过利用分配器将透明树脂12设置在固定到套架3端面的光学元件1附近，以使它吸附到光学元件1和套架3之间的间隙中。在使用紫外线固化型树脂的情况下，通过光纤3a向其施加紫外光以使其固化。

(4)树脂密封

最后，例如，如图16所示，使用COB(板载芯片)安装用芯片涂敷树脂作为密封树脂9来气密地密封光学元件1。选择密封树脂9，使得它的固化温度不超过套架3或其它树脂材料的耐热温度。

此外，还使用分配器40来施加密封树脂9，并且施加密封树脂9以完全覆盖光学元件1和透明树脂12。同时，由于表面张力的作用，在套架3的角部处可以防止密封树脂9的流出。在向其施加了所需量的密封树脂9以后，以所施加侧朝上的状态，将其放入自动恒温器中以进行加热和固化。

[C]制造带有电布线的套架的方法的描述

下面将描述制造第一和第二实施例中所述的带有电布线的套架的方法。

(C1)制造第一实施例中带有电布线的套架的方法

根据树脂模制技术来制造第一实施例中的形成(安装)有电布线的套架3，该技术成本低廉，并且适合于使用不需要高耐热性(大约300℃)的导电粘合剂14的场合。例如，将引线框(lead frame)用作电布线3b。

首先，如图17所示，将引线框A10弯曲以制成形成上述电布线3b(31，32，33)(参见图4)的电极。为了实现小的弯曲半径，作为引线框A10的材料，可以采用软的铜基材料，并且在需要引线接合等时，也可以使用进行Au镀覆。此时，信号侧电布线A11(31)通过分流条(tiebar)A13连接到电源/GND侧电布线A12(33)，并且在模制处理以后将其切断。

随后，如图18所示，将引线框A10设置在金属模(未示出)中以构成套架体(主体)A20，并在该金属模的腔体内填充树脂，以整体地制造引线框A10和套架体A20。例如，采用混合有玻璃填料的环氧基树脂作为该树脂。

如图19所示，在所形成的套架体20的两个端部处，形成光纤对准孔A21(用于光纤3a的通孔)和用来容纳接合销的接合销孔A22(对应于接合销孔3f)。此外，将粘合剂填充孔A23开口形成得横过光纤对准孔A21。另外，图19对应于由图18中的箭头C所指示的平面图。

在这种状态下，通过使用例如端面铣刀(end mill)的机械加工来切削用于进行信号侧布线A11和电源/GND侧电布线A12之间连接的分流条A1。

此外，如图20所示，将光纤线A31(对应于上述光纤3a)插入光纤对准孔A21中，并将粘合剂设置在粘合剂填充孔中并进行固化。在这种情况下，将光纤线A31从不存在引线框A10的端面插入，将光纤端部与存在引线框A10的端面相对准。

随后，在不存在引线框A10的端面上切除光纤线A31的多出部分，并对其端面进行抛光。以此来完成该工作。另外，由于要求将与上述光纤A31的折射率相匹配的透明树脂施加在(设置在)引线框A10所在的端面上，所以并不总是需要进行抛光。

(C2)制造第二实施例中带有电布线的套架的方法

通过使用陶瓷作为套架3的材料来制造根据第二实施例的具有电布线的套架3，因为它需要具有使得能够通过焊接层3e来固定光学元件的耐热性。

例如，如在图20所示的情况下，将光纤线(未示出)插入图21所示的块状陶制套架架体(主体)A40中，并且使用低熔点的玻璃进行固定，将光纤线的多出部分切除。在套架体A40中，形成一光纤对准孔A41和用来容纳接合销的接合销孔A42(对应于图12中的接合销孔3f)，并且形成一中空区域A43，用来附连(接合)由引线框构成的电布线。将中空区域A43的深度设置得与引线框的厚度相等。优选地，按引线框的弯曲半径对套架体A40的对应角部进行圆整。

然后，将与图17所示相似的引线框(未示出)通过较低熔点的玻璃粘接到套架体A40的中空区域A43。通过使用例如金刚石刀等的机械加工来切除信号侧布线和电源/GND侧电布线之间的分流条。

此后，对不存在引线框的端面进行抛光，将糊状焊剂(cream solder)印制在引线框上与光学元件的(多个)电极相对应的的位置处。以此来完成该工作。

另外，在套架3上形成电布线3b的方法并不限于上述示例。

此外，应该理解，本发明并不限于上述的实施例，而是旨在覆盖不脱离本发明的精神和范围的对本发明实施例的所有改变和修改。

例如，形成在套架3上的电布线3b和形成在基座8上的电布线8a的构造(图案)并不限于第一和第二实施例中所述的图案，只要符合光学元件1的电极图案或外部电路7的电极图案，对上述图案进行适当的修改也是可以接受的。另外，安装在带有电布线的套架3上的元件并不限于光学元件1。

如上面具体描述的，根据本发明，构成光学模块的主要组件的数量与传统技术相比可以进一步减少，这非常有助于尺寸缩小与成本降低，而这正是在光通信技术领域中尤其有用的下一代服务器系统中的数据传输所用光学传送模块或光学接收模块所需要的。

Claims (29)

1、一种光学模块，其特征在于包括：

光学元件(1)；

保护组件(3)，用于保护要光耦合到所述光学元件(1)的光传输介质(3a)；以及

电布线(3b)，形成在用于所述光学元件(1)的所述保护组件(3)上。

2、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述电布线(3b)电连接到所述光学元件(1)。

3、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述电布线(3b)用于向所述光学元件(1)传送驱动信号。

4、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，在所述保护组件(3)的侧面形成有一平坦部分，并且在所述平坦部分上形成有所述电布线(3b)的至少一部分(33)。

5、根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，形成在所述平坦部分上的所述电布线(33)和形成在一印刷基板(7)上的一电布线彼此电连接。

6、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，还包括带有一电布线(8a)的光学元件安装基板(8)，在该基板(8)上安装有所述光学元件(1)，使得所述光学元件安装基板(8)的所述电布线(8a)和所述保护组件(3)的所述电布线(3b)彼此相连接。

7、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件(1)被固定地安装到所述保护组件(3)的一个端面上，在该端面处露出所述光学传输介质(3a)的一端面。

8、根据权利要求6所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件安装基板(8)被固定地安装到所述保护组件(3)的一个端面上，在该端面处露出所述光学传输介质(3a)的一端面。

9、根据权利要求8所述的光学模块，其特征在于，在所述保护组件(3)的所述一个端面中加工有凹部(3c)，并且将所述光学元件安装基座(8)固定成使所述光学元件(1)的至少一部分被容纳在所述凹部(3c)中。

10、根据权利要求1或7所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件(1)的电布线(1c，1d)和所述保护组件(3)的所述电布线(3b)通过导电粘合剂(14)彼此相连。

11、根据权利要求6、8或9所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件安装基板(8)的所述电布线(8a)和所述保护组件(3)通过导电粘合剂(14)彼此相连。

12、根据权利要求1到11中的任何一项所述的光学模块，其特征在于，在所述光学元件(1)与所述保护组件(3)的所述光传输介质(3a)之间设有紫外线固化型树脂(12)。

13、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于，所述紫外线固化型树脂(12)对于要在所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间传输的光信号是透明的。

14、根据权利要求1到13中的任何一项所述的光学模块，其特征在于，所述光学元件(1)被加工为其中把一发光元件(1a)设在一基板(1b)上的表面发光型光学元件，或者被加工为其中把一受光元件(1a)设在一基板(1b)上的表面受光型光学元件，并且把所述光学元件(1)设置得使所述保护组件(3)的一个端面和所述光学元件(1)的所述基板(1b)被设置得相互平行。

15、一种制造光学模块的方法，所述光学模块包括：光学元件(1)；保护组件(3)，用于保护要光耦合到所述光学元件(1)的光传输介质(3a)；以及用于所述光学元件(1)的电布线(3b)，所述方法的特征在于，为在所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间进行光轴调节，对所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间的相对位置进行调节，与此同时，通过使用非固化导电粘合剂(14)使所述光学元件(1)或安装有所述光学元件(1)的光学元件安装基板的一电布线与形成在所述保护组件(3)中的电布线(3b)导通，以驱动所述光学元件(1)，并且在所述调节完成后固化所述导电粘合剂(14)。

16、根据权利要求15所述的制造光学模块的方法，其特征在于，在完成所述光轴调节后，通过在所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间设置对光信号透明的树脂剂(12)，并且固化所述树脂剂，来暂时固定所述光学元件(1)或所述光学元件安装基板(8)，并且随后固化所述导电粘合剂(14)。

17、根据权利要求16所述的制造光学模块的方法，其特征在于，使用紫外线固化型树脂作为所述透明树脂剂(12)，并且在把所述紫外线固化型树脂置于所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间后，按如下方式进行暂时固定：向所述紫外线固化型树脂(12)施加紫外光以固化所述紫外线固化型树脂(12)。

18、根据权利要求17所述的制造光学模块的方法，其特征在于，通过所述光传输介质(3a)向所述紫外线固化型树脂(12)施加所述紫外光。

19、一种制造光学模块的方法，所述光学模块包括：光学元件(1)；保护组件(3)，用于保护要光耦合到所述光学元件(1)的光传输介质(3a)；以及用于所述光学元件(1)的电布线，所述方法的特征在于，为在所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间进行光轴调节，通过反复执行以下步骤来调节所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间的相对位置：移动步骤，将所述光学元件设置成驱动停止的状态，并且在所述光学元件(1)或安装有所述光学元件(1)的光学元件安装基板(8)与所述保护组件(3)相分离的状态下，改变所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间的相对位置；光学元件驱动步骤，通过使所述光学元件(1)或所述光学元件安装基板(8)的电布线与形成在所述保护组件(3)中的电布线相互接触，来驱动所述光学元件(1)；以及检测步骤，检测通过所述光传输介质(3a)从所述光学元件(1)输出的光功率的幅值，或者检测与通过所述光传输介质(3a)输入的光相对应的受光电信号的幅值，并且在所述调节完成后，把所述光学元件(1)或所述光学元件安装基板(8)和所述保护组件(3)彼此固定地安装在一起。

20、根据权利要求19所述的制造光学模块的方法，其特征在于，在所述光学元件(1)或所述光学元件安装基板(8)的电布线上的与形成在所述保护组件(3)上的电布线(3b)的连接部处形成有焊接层(3e，8c)，并且在完成所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间的位置调节后，加热并熔化所述焊接层(3e，8c)，以把所述光学元件(1)或所述光学元件安装基板(8)固定到所述保护组件(3)上。

21、根据权利要求19或20所述的制造光学模块的方法，其特征在于，在所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间设有对于光信号透明的树脂剂(12)，并对该树脂剂(12)进行固化。

22、根据权利要求21所述的制造光学模块的方法，其特征在于，将紫外线固化型树脂用作所述透明树脂剂(12)，并且在把所述紫外线固化型树脂置于所述光学元件(1)与所述光传输介质(3a)之间后，通过所述光传输介质(3a)向所述紫外线固化型树脂(12)施加紫外光，以固化所述紫外线固化型树脂(12)。

23、一种形成有电布线的保护组件，其特征在于，在用于保护光传输介质(3a)的保护组件(3)中形成有电布线(3b)，以使保护组件(3)可电连接到外部电路。

24、根据权利要求23所述的形成有电布线的保护组件，其特征在于，在所述保护组件(3)中形成有用于要光耦合到所述光传输介质(3a)的所述光学元件(1)的一电布线(3b)。

25、根据权利要求24所述的形成有电布线的保护组件，其特征在于，在所述保护组件(3)中形成有一电布线(3b)，该电布线(3b)要连接到所述光学元件(1)并且要连接到用于驱动所述光学元件(1)的一驱动电路。

26、根据权利要求23到25中的任何一项所述的形成有电布线的保护组件，其特征在于，所述电布线(3b)形成在所述保护组件(3)的表面上。

27、根据权利要求23到26中的任何一项所述的形成有电布线的保护组件，其特征在于，沿着所述光传输介质(3a)延伸的方向在所述保护组件(3)的一个端面中加工有一用于固定地容纳所述光学元件(1)的至少一部分的凹部(3c)。

28、一种用于保护光传输介质(3a)的保护组件，其特征在于，在其端部中形成有一凹部(3c)。

29、根据权利要求28所述的保护组件，其特征在于，把要光耦合到所述光传输介质(3a)的一光学元件(1)的至少一部分容纳在所述凹部(3c)中。

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