具有被動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的聚光裝置的光學(xué)模塊及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊化的光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊包括光學(xué)元件和光學(xué)傳輸構(gòu)件，光學(xué)傳輸構(gòu)件用于設(shè)備中的電路板的大量數(shù)據(jù)高速傳輸以及設(shè)備之間大量數(shù)據(jù)的高速傳輸，在該光學(xué)模塊中完成模塊中的光學(xué)元件與光學(xué)傳輸構(gòu)件之間的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，從而消除在將其安裝在外部PCB基板上時(shí)發(fā)生的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)誤差，更具體地，涉及一種包括聚光裝置(optical block)的光學(xué)模塊及其制造方法，該聚光裝置能夠通過在測(cè)量的光學(xué)元件安裝位置處加工光學(xué)傳輸構(gòu)件安裝部來實(shí)施被動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，出現(xiàn)了在設(shè)備中或設(shè)備之間高速傳輸大量數(shù)據(jù)(如高質(zhì)量的3D圖像內(nèi)容)的技術(shù)，并出現(xiàn)了信號(hào)衰減、噪聲、EMI/EMC、阻抗匹配、串?dāng)_、偏移(skew)、連接線小型化等問題。
[0003]通常，在設(shè)備中或設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸中，換言之，在設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳輸使用銅線基電導(dǎo)線，而在設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸使用具有銅線基電導(dǎo)線的電纜，但是銅線不能滿足高速傳輸?shù)男枰膊荒芙鉀Q上述各種技術(shù)問題。
[0004]作為解決這個(gè)問題的技術(shù)，最近研究并開發(fā)了光學(xué)連接技術(shù)。因?yàn)閿?shù)十條通道的平行(并行)電信號(hào)線路被連續(xù)的光學(xué)信號(hào)線路所代替，所以光學(xué)模塊可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高速傳輸，并且可以解決如噪聲、EMI/EMC、阻抗匹配、串?dāng)_、偏斜、以及連接線小型化等技術(shù)問題。
[0005]為了將使用光學(xué)材料的光學(xué)傳輸和光學(xué)連接設(shè)備應(yīng)用到各種使用環(huán)境，已經(jīng)開發(fā)各種類型的產(chǎn)品(如光學(xué)連接器和光學(xué)模塊)。它們基本提供了連接兩個(gè)或多個(gè)彼此分離的光路的連接功能，還另外提供使用光學(xué)現(xiàn)象(如折射、反射、干涉以及衍射)形成并改變光學(xué)信號(hào)傳輸路徑并放大或合并光學(xué)信號(hào)的功能。具有這種配置的光學(xué)元件具有連接兩個(gè)不同區(qū)域(光學(xué)區(qū)域和電氣區(qū)域)的功能，或者提供在執(zhí)行連接光學(xué)區(qū)域和電氣區(qū)域的任務(wù)時(shí)確保光學(xué)傳輸效率的設(shè)計(jì)。問題是在光學(xué)連接器系統(tǒng)等中包括誤差。例如，由于用于將光學(xué)元件安裝在基板上的設(shè)備(粘片機(jī)等)必然包括誤差，所以光學(xué)元件的最終安裝位置不確定，甚至在光學(xué)傳輸構(gòu)件的情況中核心的中心為偏心，也就是說，制造區(qū)域出現(xiàn)誤差。
[0006]為了解決上述問題，出現(xiàn)了主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的過程。主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)意味著一系列搜索并尋找在用于光學(xué)信號(hào)傳輸?shù)慕M成元件(如光學(xué)元件)的最佳配置或排布中代表了最佳光學(xué)傳輸效率的一點(diǎn)或一種狀態(tài)，并固定為維持這一點(diǎn)或這一狀態(tài)的過程。但是，由于主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)在操作過程中需要大量時(shí)間并且不適用于大量生產(chǎn)，所以在近期，連接器中的結(jié)構(gòu)元件被設(shè)計(jì)并布置為達(dá)到光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，或者將光學(xué)元件的位置直接布置在光路上的被動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的方式已成為趨勢(shì)。
[0007]另外，根據(jù)電子設(shè)備的小型化，甚至在例如本文使用的光學(xué)連接器中，存在小型化和低配置的問題，并且對(duì)現(xiàn)有布局優(yōu)化或設(shè)計(jì)一種設(shè)備中元件的新布局以滿足這樣的要求是重要的。
[0008]圖1所示的光學(xué)模塊(在下文中，稱為“現(xiàn)有技術(shù)1”)包括傳輸單元10a、接收單元10b、以及光學(xué)傳輸路徑2 (即傳輸單元與接收單元之間的連接線)。傳輸單元10a包括基板6a上的VCSEL芯片3a、電極墊5a、鍵合線7a、液態(tài)樹脂8a、以及高度支撐構(gòu)件4a，而接收單元10b包括基板6b上的芯片3b、電極墊5b、鍵合線7b、液態(tài)樹脂8b、以及高度支撐構(gòu)件4b。
[0009]在圖1所示的光學(xué)模塊的操作中，來自連接到傳輸單元的電路板的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為VCSEL芯片3a中的光學(xué)信號(hào)，并且在驅(qū)動(dòng)器1C (未示出)的控制下通過基板6a上的電極墊5a豎直輸出，光學(xué)信號(hào)被形成于光傳輸路徑2的端部的45°鏡面反射而改變路線，接著經(jīng)過光傳輸路徑2傳輸?shù)浇邮諉卧?br>[0010]在接收單元中，光學(xué)信號(hào)被形成于光傳輸路徑2的端部的45°鏡面反射而改變路線，輸入到基板6b上的ro芯片3b，接著轉(zhuǎn)換為ro芯片3b中的電信號(hào)并在1C(未示出)的控制下通過基板6b上的電極墊5b，電信號(hào)輸入到與接收單元連接的板件。
[0011]圖2示出了日本特開專利第2010-266729號(hào)(發(fā)明名稱:“復(fù)雜光電連接器(Photoelectric complex connector) ”，在下文中，稱為“現(xiàn)有技術(shù)2”)中公開的復(fù)雜光電連接器，其描述如下。圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)2構(gòu)造為聯(lián)接到連接器30 (稱為插座，安裝在設(shè)備的電路板上)的插頭20，插頭20包括:殼體21 ;電終端22和接地終端23，安裝在殼體21兩側(cè)上；接地板24，安裝在殼體21的底面上；VCSEL芯片26，在安裝在接地板24上的子安裝件25上；驅(qū)動(dòng)器IC27 ;鍵合線28，具有在電終端22、接地終端23、VCSEL26、以及驅(qū)動(dòng)器IC27之間的連接布線的功能；以及光纖29，插入殼體21中。
[0012]圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)3提供了一種光連接器，該光連接器包括:PCB基板50，光學(xué)元件40安裝在PCB基板50上；光學(xué)子組件(0SA) 70，其容置光學(xué)傳輸構(gòu)件80，包括具有豎直改變光學(xué)信號(hào)方向的功能的45°光學(xué)反射面以及集合光學(xué)信號(hào)的透鏡單元，并且由光學(xué)透明材料制成；引導(dǎo)構(gòu)件90，將光學(xué)傳輸構(gòu)件固定到0SA ;以及光對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件60，其放置在PCB基板上，且具有使光學(xué)信號(hào)以高傳輸效率從光學(xué)傳輸構(gòu)件傳輸?shù)焦鈱W(xué)元件或者使光學(xué)信號(hào)以高傳輸效率從光學(xué)元件傳輸?shù)焦鈱W(xué)傳輸構(gòu)件的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，特別地，通過聯(lián)接在光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件60與0SA70中分別形成的對(duì)準(zhǔn)突出部71與對(duì)準(zhǔn)凹槽部61的來執(zhí)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]技術(shù)問題
[0014]在現(xiàn)有技術(shù)1中，為使光學(xué)路徑改變90°，使光學(xué)傳輸構(gòu)件的端面相對(duì)于軸向形成45°的附加的切割過程是必要的，并且還需要包括主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)過程，以矯正用于將光學(xué)元件安裝在電路板上的粘片機(jī)中必然存在的裝置誤差。現(xiàn)有技術(shù)1中光學(xué)對(duì)準(zhǔn)過程包括:操作光學(xué)元件的驅(qū)動(dòng)電路；接著相對(duì)于生成的光學(xué)信號(hào)，使用測(cè)量設(shè)備(如光學(xué)光譜分析儀)測(cè)量傳輸效率；搜索傳輸效率滿足預(yù)定條件的狀態(tài)；以及相繼將光學(xué)元件和光學(xué)傳輸構(gòu)件固定在該狀態(tài)下的一位置。但是，當(dāng)經(jīng)過這種主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，確保了具有預(yù)定等級(jí)或更高等級(jí)的光傳輸效率，但是由于其基本上基于試錯(cuò)法，因此存在相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間和高成本的問題。
[0015]同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)2中，接地板24上的驅(qū)動(dòng)器IC27應(yīng)通過鍵合(bonding)工藝電連接到殼體21 —側(cè)的電終端22，難以實(shí)施插頭20上的具有最小化和低配置的尺寸的鍵合線28，具體地，當(dāng)電終端22的針腳數(shù)量變大時(shí)，難以進(jìn)行線鍵合工藝。另外，在現(xiàn)有技術(shù)2中，由于所有元件和部件必須安裝在插頭20的殼體21中，因此工藝難度高，并且由于具有相對(duì)大尺寸的驅(qū)動(dòng)器IC27位于插頭側(cè)，因此存在難以使插頭小型化的問題。
[0016]另外，在現(xiàn)有技術(shù)2中，在VCSEL芯片26放置在子安裝件25 (由晶圓制造)上且安裝在接地板24上的情況中，光纖29被放置在接地板24上，光學(xué)對(duì)準(zhǔn)用VCSEL芯片26來執(zhí)行，VCSEL芯片26和光纖29沒有相對(duì)固定，因此存在沒有適當(dāng)執(zhí)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的問題。另夕卜，當(dāng)插頭20聯(lián)接(插接)到插座30或者與插座30脫離(分離)時(shí)，在插頭上沒有柄部，因此存在操作困難的問題。
[0017]在現(xiàn)有技術(shù)3中，由于與光學(xué)對(duì)準(zhǔn)相關(guān)的誤差相對(duì)大，PCB基板50與光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件80之間、光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件60與0SA70之間、以及光學(xué)傳輸構(gòu)件80與0SA70之間產(chǎn)生的誤差被累積。特別是對(duì)于每個(gè)誤差，在光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件60放置在PCB基板50上時(shí)，光學(xué)元件40沒有對(duì)準(zhǔn)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)凹槽部61的橫截面中心的連接線上時(shí)發(fā)生的誤差、光學(xué)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件的對(duì)準(zhǔn)凹槽部61和0SA的對(duì)準(zhǔn)突出部71的加工誤差和裝配誤差而產(chǎn)生的誤差、以及由于光學(xué)傳輸構(gòu)件80沒有安裝在0SA70的確定位置處而產(chǎn)生的誤差被累積。不僅如此，甚至在光學(xué)元件的貼片過程中，甚至當(dāng)由于設(shè)備誤差而使光學(xué)元件沒有安裝在確定的位置時(shí)，光傳輸效率降低，以及由于外部誤差因素(沒有包括在現(xiàn)有技術(shù)3的發(fā)明的組成元件中)累積并一起產(chǎn)生而使整體誤差可能大于在設(shè)計(jì)時(shí)的那些誤差。換言之，為了確保光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，必須同時(shí)管理所有這些誤差，整體光傳輸效率很有可能因此而降低。另外，由于大量部件被用于提供確保光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以及穩(wěn)定安裝所需的結(jié)構(gòu)，所以成本問題和制造復(fù)雜的問題就不利；并且由于光學(xué)元件直接安裝在PCB基板(非模塊化)上的構(gòu)造，使現(xiàn)有技術(shù)3的構(gòu)造不可能被直接應(yīng)用于其他應(yīng)用。
[0018]解決方案
[0019]根據(jù)為解決上述問題并且滿足上述要求而提出的本發(fā)明，提供一種光學(xué)模塊，該光學(xué)模塊包括:光學(xué)傳輸構(gòu)件100，用于傳輸光學(xué)信號(hào)；光學(xué)元件；基板210 ;電極墊220 ;以及聚光裝置300，包括用于光學(xué)元件200與光學(xué)傳輸構(gòu)件100之間的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)而形成的光學(xué)傳輸構(gòu)件安裝部310，其中光學(xué)傳輸構(gòu)件安裝部形成于最佳位置，在該最佳位置，在聚光裝置上垂直于基板的光學(xué)軸方向的位置處的光學(xué)傳輸效率最大。
[0020]另外，光學(xué)傳輸構(gòu)件安裝部310的形狀滿足相對(duì)于深度與寬度的縱橫比，深度等于或大于寬度的條件。
[0021]另外，提供一種光學(xué)模塊的制造方法，該方法包括將光學(xué)元件200安裝并電連接到基板210的一面上；計(jì)算光學(xué)元件200的光學(xué)輸入/輸出點(diǎn)的二維平面