CN1695075A - 光传送模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

针对光元件与外部的传送光装置不能高效率的光耦合，和用于此目的位置对中困难，以及不容易装卸外部的传送光装置的问题，提供一种进行与外部的光传送路径和光信号的发送或接收的光传送模块，包括：具有确定与外部的光传送路径的位置的结构的框体、搭载光元件的基板、与光元件和外部的光传送路径对应地在透过方向具有光波导结构的透光窗口，光元件具有被基板、框体和透光窗口密封的结构，另外框体具有能通过使基板和透光窗口微动来调整位置的结构。

Description

光传送模块及其制造方法

技术领域

本发明涉及光布线，特别涉及用于将电信号变换成光信号或将光信号变换成电信号的光传送模块及其制造方法。

背景技术

以往，在利用计算机等的近距离的数据通信中，广泛采用电信号。近年来，随着计算机的中央处理器(CPU)的时钟频率的高频化，电信号也正在采用高频带区。

但是，在利用在这样的高频带区的电信号的数据通信中，电配线等造成的延迟或干扰开始成为问题。因此，开始代替电信号采用利用光的数据通信。在利用光的通信中，作为光传送路径采用光纤，大致分为从称之为多模的几百米以内的近距离的数据通信，到称之为单模的几百公里以上的远距离的数据通信。使用的光纤，在多模和单模中也不同，在多模中使用的高折射率部(以下称为芯)的直径为50μm～60μm左右，而在单模中高折射率部(以下称为芯)的直径为7μm左右，比多模的芯细。单模中芯细，是为了抑制在芯内发生传播光路长度不同的模，即使长距离传送，也不破坏光信号的波形。对此，在传送距离短的多模中，即使传播光路长度不同的模混在一起，也不会出现这样的问题。

在这样的传送光中，采用将电信号变换成光信号或将光信号变换成电信号的光传送模块。在光传送模块中，安装发光元件或受光元件，或者双方。采用半导体激光元件作为上述的多模的发光元件，其中广泛采用面发光激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：VCSEL)元件。

图2是一般市售的光传送模块的剖面图。是在面发光激光器(VCSEL)元件的密封窗上一体设置透镜的结构，并是用透镜聚光激光，与配置在外部的光纤光耦合式的VCSEL模块。

此外，还有作为光传送模块，在封装壳内一体化激光元件、驱动电路、受光元件、电流-电压变换电路、密封用的一体成形透镜等的例子。

专利文献1

特开平10-126002号公报

此外，关于光盘记录再生用的半导体激光器模块，还有把激光器元件、出射窗、壳体、准直透镜、配置在出射窗附近的受光元件作为模块一体化的例子。

专利文献2

特开平10-303513号公报

另外，还有，将比传送所用的光纤直径细的光纤形成束，在光元件和传送用光纤的之间配置抑制光的散射的结构(面板结构)的光元件模块。在此例中，不需要光元件和面板、面板和传送用光纤的相互位置对中。

专利文献3

特开2000-231040号公报

但是，在一般市售的光传送模块中，由于从面发光激光器发出的光被透镜收束，因此为与设在外部的光波导装置的光耦合需要位置对中，从而必须另外设计·制造与购入的光模块一致的结构体，结果导致增加成本。另外，市售的模块是只发光而不具有受光装置。

此外，在封装壳内安装半导体激光器元件、受光元件等，用与透镜一体成形的透光窗口密封的结构的光传送模块中，在不能进行透光窗口的位置对中，透镜和激光器元件的位置偏移的情况下，无修正装置。

此外，在光盘记录再生用的半导体激光器中，公开了在密封结构的透光窗口上复合形成光检测器或波面变换用元件的结构。此外，还公开了用准直透镜将激光变换成平行光，同时在准直透镜上设置反射面，接受光反射光的结构，但它们都只监控光源本身的发光强度。

另外，在光元件和光纤的之间配置将比光纤直径细的光纤形成束的可抑制光的散射的结构(面板)的光元件模块，能够使面板兼作光元件的密封窗，但是由于将光纤形成束的光通路存在细光纤间的不工作空间，因此存在光损失大的问题。在光配线中，由于光源的功率减衰得越多S/N比就越低，因此光元件和光纤的光接合效率越高越好。此外，即使采用面板结构，也需要光元件和传送用光纤的相互位置对中。为此，本发明的目的在于，提供一种光传送模块及其制造方法，能够得到光元件和外部的传送光装置的高效率的光耦合，此外为此的位置对中容易，且容易进行外部的传送光装置的装卸。

发明内容

为达到上述目的，本发明的一个方面在于提供一种光传送模块，利用外部的光传送路径和光信号进行数据通信，其特征在于，包括：定位结构体，具有确定与所述外部的光传送路径的位置的结构、搭载光元件的基板、透光窗口，位于所述定位结构体和所述外部的光传送路径的之间，在光透过方向上具有与所述光元件和该外部的光传送路径对应的光波导结构；进而，所述定位结构体，具有安装所述基板的基板安装部和安装所述透光窗口的透光窗口安装部，同时具有通过使安装在该基板安装部上的该基板和安装在该透光窗口安装部上的该透光窗口分别微动，能够调整与所述外部的光传送路径的位置的机构；所述光元件，通过在所述定位结构体上固定所述基板和所述透光窗口被密封。

通过形成这样的构成，能够得到可在框体上容易且正确地安装搭载有光元件的基板、透光窗口的光传送模块。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式例的光传送模块的剖面图。

图2是在电配线基板上安装光传送模块的简要图。

图3是表示搭载在基板上的光元件部的简要图。

图4是表示透光窗口的构成例的简要图。

图5是表示本发明的第2实施方式例的光传送模块的剖面图。

图6是表示本发明的第3实施方式例的光传送模块的剖面图。

图7是表示在同一基板上搭载发光元件和受光元件双方的光模块的断面的图示。

图8是表示在框体位置对中具有光波导结构的透光窗口的方法的剖面图。

图9是位置调整透光窗口的夹具的上面图。

图10表示在框体上与外部的光传送路径位置对中搭载光元件的情况的图示。

图11是表示在光传送模块上连接实际的光传送路径的情况。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式例。但是，本发明的保护范围并不局限于以下的实施方式，涉及到权利要求的范围所述的发明和其均等的内容等。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的第1实施方式例的光传送模块的剖面图。作为光元件，例如，通过在具有与外部的光传送路径7的定位孔8的框体9上，用未图示的机械密封性高的粘合剂等，固定搭载有形成面发光元件2的芯片11的基板3、在透射光方向作为光波导结构4埋入如光纤的透光窗口6，与外气密封，形成光传送模块100。

面发光元件2与透光窗口6的光波导结构4的距离为几十微米，从面发光元件2发出的光高效率地通过与光波导结构4光耦合进行传播。

此外，外部的光传送路径7具有用定位销8′等与框体9高精度结合的结构，还具有传送光结构，如光纤7′。透光窗口6载置在设在框体上的手摇部上，为了以与外部的光传送路径7的传送光结构高效率光耦合的方式微调位置，具有相对于框体的间隙13。搭载有面发光元件2的基板3也安装在设在框体上的手摇部上，具有用于微调位置的相对于框体的间隙14，在以与外部的光传送路径7高效率光耦合的方式微调位置后，进行粘接·固定。

另外，基板3在元件搭载面的背面，具有引出用于与驱动光源等的驱动电路电连接的配线引线5，可在布线基板上安装光传送模块的结构。

图2是在电布线基板上安装光传送模块的例子。图1所示的配线引线5是2根用于驱动光元件的配线引线和接点配线引线，但是也可根据形成在芯片上的光元件的数量或形成光元件的半导体芯片的数量，增减配线引线5的数量。光传送模块安装在电布线基板20上。在电布线基板上安装用于驱动光元件的驱动电路21或变换串联/并联的变换电路22等。安装在这样的电布线基板20上的光传送模块100，可进行外部的光传送路径7的装卸。

图3是表示搭载在基板上的光元件部的简要图。在图中，10是发光元件或受光元件，在半导体芯片11上，按规定的间距，在直线上形成各光元件10。形成该间距，以达到与上述的透光窗口的所述光波导结构相同的间距，另外，也以达到与外部的光传送路径相同的间距。此外，光元件至少在半导体芯片上形成一个，一般形成多个。在本例中，元件数为4个。半导体芯片，通过公知的丝接合等安装在基板上。

图4是表示透光窗口的构成例的简要图。在图中，由高折射率的芯和覆盖芯的低折射率的包层构成的光纤12，沿着槽配置在形成有V型槽的石英基板a上，由另一石英基板b夹持，间隙用低熔点玻璃c等埋入。

然后，通过在光纤纵垂直的面切割，光学研磨两端面，进行调整，以达到规定的厚度。在本例中，以石英基板或低熔点玻璃为材料，但也可以使用玻璃基板等。但是，该透光窗口，由于与框体一同密封搭载光元件的基板，因此光元件最好采用吸湿性小的材料，以不受外部的蒸汽的影响。

(第2实施方式)

图5是表示本发明的第2实施方式例的光传送模块的剖面图。此外，在图中，与第1实施方式例相同的部分采用同一符号。作为光元件，例如，通过在具有与外部的光传送路径7的定位孔8的框体9上，用未图示的机械密封性高的粘合剂等固定上面搭载有形成多个面发光元件2的芯片11的基板3、和在透射光方向作为光波导结构4埋入如光纤的透光窗口6，并与外气密封，来形成光传送模块200。该构成，除面发光元件2在芯片上形成为阵列状，在基板上搭载形成多个面发光元件2的芯片11外，与第1实施方式大致相同。

外部的光传送路径7就以下各方面也与第1实施方式大致相同：具有用定位销8′等与框体9高精度结合的结构的方面，透光窗口6具有用于为了与外部的光传送路径7的传送光结构高效率光耦合而进行微调位置的间隙13的方面，和搭载有面发光元件2的基板3也具有用于微调位置的间隙14并在为了与外部的光传送路径7高效率光耦合而进行微调位置后粘接·固定的方面。

假设面发光元件在一个芯片上配置成4×4的阵列的情况下，只要透光窗口6的光波导结构4例如是光纤，就能够与面发光元件2对应地配置成4×4的阵列。同样，外部的光传送路径7具有的光纤7′，也是4×4的阵列状。

此外，在本实施方式例中，由于搭载在芯片上的面发光元件的数为4个，因此每个面发光元件需要4根单个驱动配线引线和1根共通的接点引线，合计至少需要5根配线引线5。但是因接点配线引线的单个化或搭载测定光源强度的未图示的光检测器等，而有时配线引线5的根数还会增加。

(第3实施方式)

图5是表示本发明的第3实施方式例的光传送模块的剖面图。此外，在图中，与第1及第2实施方式例相同的部分采用同一符号。作为光元件，例如，通过在具有与外部的光传送路径7的定位孔8的框体9上，用未图示的机械密封性高的粘合剂等固定搭载有形成检测光的受光元件的芯片11的基板3、和在透射光方向作为光波导结构4埋入如光纤的透光窗口6，并与外气密封，来形成光传送模块300。通常，在芯片上多个受光元件形成为阵列状，但也可以只形成一个受光元件。

外部的光传送路径7就以下各方面与第1及第2实施方式相同：具有用定位销等与框体9高精度结合的结构的方面，透光窗口6具有用于为了与外部的光传送路径7的传送光结构高效率光耦合而进行微调位置的间隙14的方面，和在为了与外部的光传送路径7高效率光耦合而进行微调位置后粘接·固定的方面。

此外，在本实施方式中，表示在基板3上搭载一个形成受光元件的芯片的例子，但是与第2实施方式例同样，也可以在基板3上搭载形成有多个光元件的芯片。

另外，作为光元件1，也可以使面发光元件2和受光元件混在一起。图7是表示在同一芯片上搭载发光元件和受光元件双方的光模块的断面的图示。在基板3上安装搭载有半导体激光器等发光元件2、和检测光的半导体发光二极管等受光元件1的芯片，用框体和具有光波导结构的透光窗口密封。通常，在芯片上按等间距形成发光元件，受光元件也按等间距形成在另外的芯片上。在该芯片上的发光元件的间距和另外的芯片上的受光元件的间距相同的情况下，通过调整芯片的排列，可以使各发元件形成为阵列状。

在图6及图7中，对于与受光元件光耦合的透光窗口的光波导结构，在密封体内形成透镜。关于该透镜，由于从外部的光传送路径7入射到光传送模块的光，从透光窗口具有的光波导结构4向密封体内部散射后出射，所以该透镜是为防止该光向光波导结构4的密封体侧散射而形成的。通过形成微型透镜，由于能够收束光，所以除能够缩小受光元件的面积外，还能够降低干扰，使应答性高速化。

该微型透镜，在形成具有光波导结构的透光窗口时，形成在与受光元件对应的波导路上，例如在纵向垂直切断的、通过研磨平面化的光纤的截面上。作为具体的透镜的形成方法，有利用喷墨技术等对1根光纤吹附一滴左右液体状的紫外线硬化树脂，然后通过照射紫外线使树脂硬化的方法。

此外，在透光窗口具有的光波导结构是多模波导路的情况下，由于透镜的口径小，不需要精密控制透镜的形状，因此通过调整紫外线硬化树脂或其它树脂的粘度，能够再现性良好地形成。

(第4实施方式)

在本发明的第1～第3实施方式中所述的光传送模块，利用以下说明的方法制造。图8是表示与框体位置对中具有光波导结构的透光窗口的方法的剖面图。在图中，以使多个光波导结构4形成为阵列状的透光窗口位置对中的时为例进行说明。

首先，准备可从框体9的固定搭载有光元件的基板3的一侧，插入到与透光窗口6接触的位置的位置对中用光纤夹具31。该夹具，例如由形成为阵列状的光纤构成，形成可与框体精密位置对中的孔32。此外，该夹具的光纤正确地配置在与搭载在基板上的光元件的同一位置上。

此外，准备具有可从固定透光窗口的一侧与框体精密位置对中的孔33的、具有与外部的光传送路径同样排列的光纤阵列的光连接器夹具34。

接着，在框体的位置对中用的孔穿通定位销8′，用位置对中用光纤夹具31和光连接器夹具34夹住框体。这两个夹具，以通过定位销8′，以贯通设在框体上的定位孔的方式安装的状态，对合使各光纤的芯轴一致。在此状态下，在搭载设在框体上的手摇部的透光窗口的位置上放置透光窗口6。另外，以从外部结合在光连接器夹具34的光，经由透光窗口6内的光波导结构4，高效率结合在位置对中用光纤夹具31的对应的光纤上的方式，调整透光窗口的位置。调整采用由图8的虚线所示的夹具。

图9是位置调整透光窗口的夹具的上面图。该位置调整用的夹具，由调整用的手柄40、从手柄延伸搭接在透光窗口的臂41构成。在本实施方式中，臂为3根，但也不限定臂的根数。只要以能够进行包括旋转的平面位置对中的方式设置臂就可以。操作该位置调整用的夹具的手柄，使透光窗口6的位置在间隙13的允许范围内微动，能够以从位置对中用光纤夹具31取出的光的强度达到最大的方式调整、固定。在固定时，采用可密封光元件的具有对湿度或温度变化的耐环境性的粘合剂。下面，说明搭载半导体芯片的基板的位置对中。

图10表示在框体上与外部的光传送路径位置对中搭载光元件的情况的图示。通过在框体的定位孔内穿通定位销8’，将外部的、具有排列的光纤的光连接器夹具34安装在框体上。由于透光窗口和光连接器夹具已经对中好，因此在元件是发光元件的情况下，以临时发光，从光连接器夹具34检测的光强度达到最大的方式，在间隙14的允许范围内，使其微动，进行位置对中。此时的夹具42，例如通过可用真空吸附等进行包括旋转的平面位置对中的未图示的载物台等进行。在图中，虚线表示光传送模块的连接引线。另外，基板如果结束与光连接器的位置对中，就与透光窗口同样，被具有耐环境性的粘合剂密封、固定。

以上，以光元件是发光元件为例进行了说明，但在是受光元件时也与发光元件几乎相同。通过位置对中销，将外部的、具有排列的光纤的光连接器夹具34安装在框体上。由于透光窗口和光连接器夹具已经对中好，因此在元件是受光元件的情况下，以从外部的、排列的光纤入射光，从受光元件检测的光强度达到最大的方式，在间隙14的允许范围内，使其微动，进行位置对中。位置对中的夹具可与发光元件相同。

按以上工序形成的光传送模块，如在本发明的第1实施方式例中所说明，安装在电布线基板上。要实际使用光传送模块，需要与外部的光传送路径连接。图11是表示在光传送模块上连接实际的光传送路径的情况的图示。

在图11(a)中，表示给外部的传送路的连接器7盖上固定用的连接器壳50的样子。连接器壳50，具有锁定机构51和卡爪部52，在光传送模块上还具有与连接器壳对应的槽部53。然后，如图11(b)所示，如果从上部加压连接器壳50，锁定机构51挠曲，卡爪部52就吻合地固定在框体的槽53上。此时由于光元件被设在外部的传送路上的位置对中销高精度地固定在框体上，因此能高效率地与外部的传送路光耦合。

根据该构成，在因积存空气中的尘埃等，透光窗口被污浊的情况下，可卸下连接器壳的锁定机构，清洗被污浊的透光窗口。但是，外部的光传送路径和光传送模块的连接，不局限于本实施方式例。也可以在用连接引线定位外部的光传送路径后进行粘接，或以粘接后不进入尘埃等的方式安装覆盖物。

产业上的实用性

以上，根据本发明，能够提供一种光传送模块及其制造方法，用该模块及其制造方法能够得到光元件和外部的传送光装置的高效率的光耦合，并且使为此目的位置对中容易，且容易进行外部的传送光装置的装卸。

Claims (11)

1.一种光传送模块，是利用外部的光传送路径和光信号进行数据通信的光传送模块，其特征在于，具有：

定位结构体，所述的定位结构体具有确定与所述外部的光传送路径的位置的结构，

搭载光元件的基板，

透光窗口，所述的透光窗口位于所述定位结构体和所述外部的光传送路径之间，在光透过方向上具有与所述光元件和该外部的光传送路径对应的光波导结构；

另外，所述定位结构体具有安装所述基板的基板安装部、和安装所述透光窗口的透光窗口安装部，同时具有能通过使安装在该基板安装部上的该基板和安装在该透光窗口安装部上的该透光窗口分别微动来调整与所述外部的光传送路径的位置的机构；

所述光元件通过将所述基板和所述透光窗口固定在所述定位结构体上来密封。

2.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述定位结构体具有与设在所述外部的光传送路径上的定位孔或定位销结合的定位销或定位孔。

3.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述定位结构体具有通过设在所述外部的光传送路径上的第1定位孔和通过销结合的第2定位孔。

4.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述定位结构体的所述基板安装部或所述透光窗口安装部具有手摇部；

在所述手摇部上安装所述基板或所述透光窗口，所述手摇部的内壁与安装的所述基板或所述透光窗口相隔规定的距离，形成能够调整与所述外部的光传送路径的位置的结构。

5.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述光元件是发光元件或受光元件或者是发光元件和受光元件。

6.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述基板搭载一个或多个形成有多个所述光元件的芯片。

7.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

所述光元件包括受光元件，在与该受光元件对应的所述光波导结构的光元件侧形成有透镜。

8.如权利要求1所述的光传送模块，其特征在于：

还具有以可装卸的方式将外部的光传送路径固定在所述定位结构上的固定结构体。

9.一种光传送模块的制造方法，是用定位结构体和具有该基板和光波导结构的透光窗口来密封基板所搭载的光元件的光传送模块的制造方法，其特征在于，具有：

第1工序，在该第1工序中，使该透光窗口与所述定位结构体位置对中后进行固定，以便使所述透光窗口的所述光波导结构与外部的光传送路径进行光耦合；

第2工序，在该第2工序中，使搭载所述光元件的基板相对所述定位结构位置对中后进行固定，以便使所述光元件通过所述透光窗口的所述光波导结构并与所述外部的光传送路径进行光耦合。

10.如权利要求9所述的光传送模块的制造方法，其特征是：

所述光元件是发光元件，以使从所述外部的光传送路径取出的光强度达到最大的方式进行所述第2工序。

11.如权利要求9所述的光传送模块的制造方法，其特征在于：

所述光元件是受光元件，以使从所述外部的光传送路径入射的光的该受光元件的受光强度达到最大的方式进行所述第2工序。

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