光学模块、光学模块基底和光耦合结构的制作方法

专利名称：光学模块、光学模块基底和光耦合结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光电转换功能以便实施光学通信的的光学模 块。本发明还涉及用于这种光学模块和光耦合结构的基底。
背景技术：
随着近来信息和通信技术(包括因特网)的发展以及近来信息处 理设备性能的显著提高，不断需要传输和接收大容量的数据例如图解 数据或视频数据。为了借助信息网络系统自由实施大容量的数据通信， 理想的是希望信息网络系统具有数个比特率或更高的数据通信速度。 希望光通信技术对于获得高速数据通信环境特别有用。而且也不断需 要加快信息处理设备的接线板之间以及接线板的LSI芯片之间的短距 离信号通信。出于这些原因，从传统的利用金属电缆和/或金属线的数 据通信改变为光传输是理想的。
在光传输中，光学元件(例如光发射元件和光接收元件) 一般用 于将光信号转变为电信号以及把电信号改变为光信号。此外，光波导 (例如光纤)在光传输中用作数据通信媒介。关于光电转换模块、也 即所谓的"光学模块，，的申请已经有许多，其中光学元件被支承于模 块基底上以及光学元件和光缆之间的光耦合结构上。
例如，公开号为NO.2003-207694的日本专利提出了 一种位于接 线板上的光学元件和多纤维光缆之间的光耦合结构。所提出的光耦合 结构包括固定在纤维光缆一端的扁平电缆连接器、扁平封装(作为连 接插座)、卡簧和导销，在所述扁平封装中光学元件和LSI芯片一体。 电缆连接器堆栈在封装的表面上，然后，连接器和封装借助于卡簧和导销紧固成允许这些连接部件沿着接线板的垂直方向配合和解除配 合。
一旦所述封装和电缆连接器配合，光学元件就与光缆光耦合。
同时在2004年2月26日的"关于电子SI研究的第五论坛"的第 86页(底部)的摘要中还提出图26所示类型的光学连接件903，它特 别设计成与所谓的MT (可机械传送的)连接器配合从而在光学元件 卯2与多纤维光缆卯5之间提供光耦合。所提出的光学连接件903的 特征为具有直角光程转换光导。光学元件902经由块形接点面朝上地 安装在接线板901上，MT连接器具有固定在纤维光缆卯5 —端的插 头906。光学连接件卯3的下面利用粘合剂卯4连结于光学元件的光 学面上。光学连接件903和插头906随着光学连接件903的端面紧靠 插头906的端面而被设置。然后，光学连接件903和插头906借助于 卡簧907紧固在一起从而允许这些连接件903和906沿着接线板901 的横向配合和解除配合。
公开号为NO.2002-170965的日本专利提出了 一种光学模块，它 安装在印刷电路板上并具有支承于硅基底上的光学元件。硅基底具有 两相对的主表面其中一个主表面支承光学元件，另一主表面具有与 印刷电路板的定位凸部和凹部相接合的定位凸部和凹部，从而允许光 学元件与光波导(例如光缆)光轴对齐。
公开号为NO.2004-31743的日本专利虽然不是直接涉及一种光学 模块，但提出了一种电子装置，其中电子元件安装在陶资基底上。陶 瓷基底具有两个叠层陶瓷基底元件，它们结合在一起使得其中 一个基 底元件中的陶瓷绝缘层的叠层方向垂至于另 一基底元件中的陶瓷绝缘 层的叠层方向。陶瓷基底还具有被插入所述的两个叠层基底元件之间 的屏蔽(shield)元件，这样基底元件彼此电独立。应该注意的是，公 开号为NO.2004-31743的日本专利既没有披露也没有暗示在这种叠层 陶瓷基底上布置光学元件。

发明内容
然而，在上文提出的光耦合结构中，扁平封装通过诸如MT型连 接器之类的可商购光纤连接器不能与纤维光缆以普通方式连接。为了将扁平封装与纤维光缆连接起来，必须根据管壳的形状和尺寸分别制 造专用插头。还必须将导销和卡簧用于所提出的光耦合结构中。这样， 没有有益的通用部件，所提出的光耦合结构就缺乏通用性，并且不能 降低成本。
上文提出的光学连接件903在结构上不适于安装光学元件902。 光学元件902如图26所示地安装在接线板901上，这样光学元件902 和光缆卯5之间的光轴不能容易地对齐。所提出的光学连接件903不 能获得高光耦合效率并往往导致光通信的高损失。
在上文提出的光学模块中，硅基底具有三维错综形状，其中定位 凸部和凹部由包括斜面的多个平面限定。需要获得一种先进的特定方 法来将硅基底加工成这种错综形状。加工硅基底的难度和成本因此而 增加。此外，所提出的光学模块不能满足低型面和高精度光轴对齐的 需要。
可以将光学元件安装在上文提出的叠层陶瓷基底上，由此形成光 学模块。但是，所提出的叠层陶瓷基底不具有光轴对齐用的结构，因 此光学元件与光波导的光轴对齐不能容易地以高精度完成。这就导致 光耦合无效。此外，当陶资基底的两个基底元件彼此保持电独立时， 电路不能在整个所提出的叠层陶瓷基底上形成。
相应地，本发明的目的是提供一种能够与可商购的光纤连接器配 合的光学模块，而不使用专用的连接部件，从而获得高光耦合效率、 通用性和成本效率，并提供一种适于用于这种光学模块的基底。
本发明的另 一 目的是提供一种用于连接光学模块和纤维光缆的光 耦合结构，从而获得高光耦合效率、通用性和成本效率。
本发明的再一个目的是提供一种具有低型面并能够配合另一光学 设备的光学模块，从而获得高光耦合效率、通用性和成本效率，并且 还提供一种适于在这种光学模块中使用的叠层基底。
根据本发明的第一方面，提供一种通过光学连接器与纤维光缆耦 合的光学模块，该光学模块包括模块主体，其可通过专用的导销与 光学连接器的插头相连，该模块主体的侧表面与连接器插头的配合面相对，纤维光缆的端面在该配合面处露出；和安装在模块主体上的并 具有光轴的光学元件， 一旦将导销装配于模块主体和连接器插头内， 该光轴与纤维光缆的光轴对齐。
根据本发明的第二方面，提供一种用于光学模块的陶瓷基底，一 旦将导销装配于光学模块和连接器插头内，该光学模块适于配合光学 连接器插头，该陶瓷基底包括陶瓷基底主体，其具有主基底表面、 垂直于该主基底表面延伸的相对的侧表面、和形成于其中一个侧表面 上的凹槽；具有比陶瓷基底主体更佳的机械加工性的填充物，其被填 入所述凹槽内并被精密加工以构成导孔的至少一部分，其中导销插入 该导《L内。
根据本发明的第三方面，提供一种光耦合结构，其包括纤维光 缆；光学连接器，其具有固定于纤维光缆一端的插头；导销；和光学 模块，其包括通过导销与连接器插头相连的模块主体以及安装在该模 块主体上的并具有光轴的光学元件，该模块主体的侧表面与连接器插 头的配合面相对，纤维光缆的端面在该配合面露出， 一旦将导销装配 于模块主体和连接器插头内，所述的光轴与纤维光缆的光轴对齐。
根据本发明的第四方面，提供一种光学模块，其包括包含第一 基底元件和第二基底元件的基底，该第 一基底元件具有沿着第 一叠层 方向叠在一起的多个绝缘层，该第二基底元件具有沿着第二叠层方向 叠在一起的多个绝缘层，第 一和第二基底元件允许其间的电连接并被 接在一起从而使得第一和第二叠层方向基本互相垂直；安装于第一基 底元件上的光学元件；和布置在第一基底元件上的耦合元件，用以提 供光学元件与对应光学设备光学对齐用的定位基准。
根据本发明的第五方面，提供一种用于光学模块的基底，光学模 块具有光学元件和耦合元件，所述基底包括第一陶瓷基底元件，其 具有沿着第一叠层方向叠在一起的多个陶瓷绝缘层、光学元件安装于 其上的安装部、和将耦合元件接收于其内的精密加工形成的孔；第二
陶瓷基底元件，其具有沿着第二叠层方向叠在一起的多个陶瓷绝缘层； 第一和第二陶瓷基底元件允许其间的电连接并被接在一起从而使得第一和第二叠层方向基本互相垂直。
根据下面的描述，也将会理解本发明的其它目的和特征。 附图的简要说明


图1为根据本发明第一实施例的光耦合结构的前视图，其中光学
模块安装在印刷电路板上并经由MT连接器连接纤维光缆； 图2为根据本发明第一实施例的光耦合结构的分解图； 图3为根据本发明第一实施例的光学模块和连接器配合的前视
图4为根据本发明第 一 实施例的光学模块的陶资基底的透视图； 图5为根据本发明第一实施例的光学模块的平面图； 图6为根据本发明的第一实施例、当沿图5的线A-A剖开时光学 模块的剖视图7为根据本发明的第一实施例、当沿图5的线B-B剖开时光学
模块的剖视图8为根据本发明第二实施例的光学模块的平面图9为根据本发明第二实施例、当沿图8的线C-C剖开时光学模
块的剖视图10为根据本发明第三实施例的光学模块的平面图11为根据本发明第三实施例、当沿图IO的线D-D剖开时光学
模块的剖视图12为根据本发明第四实施例的光学模块的平面图13为根据本发明第五实施例的光耦合结构的前视图，其中光学
模块安装在印刷电路板上并经由MT连接器连接纤维光缆； 图14为根据本发明第五实施例的光学模块的透视图； 图15为根据本发明第五实施例、当沿图14的线E-E剖开时光学
模块的剖视图16为根据本发明第五实施例、当沿图14的线F-F剖开时光学 模块的剖视图17-21为根据本发明第五实施例的剖视图，其示出了如何制造光学模块；
图22为根据本发明第六实施例的光学模块的剖视图； 图23为根据本发明第六实施例的光学模块的透视图； 图24为根据本发明第七实施例的光学模块的剖视图； 图25为根据本发明第八实施例的光学模块的剖视具体实施例方式
以下将参照下列第一至第八示范性实施例描述本发明，其中相同 的部件和部分用相同的参考标号表示。
这里要注意的是，第一至第四实施例设计成与可商购的光纤连接 器一起使用；而第五至第八实施例设计成与光学设备一起使用。
光纤连接器定义为一种用于互连光纤或纤维光缆的部件。可商购 的光学连接器的典型实例包括根据JISC 5981 ( 1993年建立，1998年 修订)互连多纤维光缆的F12型光学连接器，又称为"MT (可机械 传送的)连接器"。在JIS C 5981中，具有矩形插头(或套圏)的MT 连接器的规格是根据JIS C 5962来规定的，其中导销作为连接光缆的 对齐机构和卡簧耦合才几构。国际标准IEC 60874-16(1994年修订)等效 于JISC5981。
根据JISC 5981，用于MT连接器的插头为长方体形状，该插头 沿导销插入方向(以下为了方便称为"X-轴方向")的尺寸为8.0mm 公差为土O.lmm、沿多纤维光缆的纤维行列方向(以下称为"Y-轴方向") 的尺寸为6.4-7.0mm,沿着与X-轴和Y-轴垂直的方向(以下称为"Z-轴方向")的尺寸为2.5-3.0mm。
用于MT连接器的导销定义为一种用于在将导销插入各个MT连 接器插头的导孔的过程中将两个MT连接器插头彼此对齐的部件。根 据JIS C 5981, MT连接器导销的长度为10.8mm或更长，直径约为 0.7mm。此外，根据JIS C 5981， MT连接器插头的导孔的直径为 0.7mm土0.001mm,孑L与孔的节距为4.6土0.003mm。
用于MT连接器的卡簧定义为一种用于将两个MT连接器插头保持在一起的部件。根据JISC 5981， MT连接器卡簧的两夹紧部之间 具有15.7mm的自由长度。
光学设备具有光传输功能、聚光功能和反光功能中的至少一种。 具有光传输功能的光学设备的实例无论是否具有光学连接器(插头) 都包括光波导和纤维光缆。具有反光功能的光学设备的实例包括光程 转换设备。这些光学设备可单独使用或组合使用。 第一实施例
现在将参照图l-7描述第一实施例。
如图1所示，在第一实施例中，两块光学模块41和IC芯片16 安装在印刷电路板11上。印刷电路板11具有交替叠加在一起的多个 绝缘层15和导电层，以限定两个相对的主表面12和13。虽然附图中 没有示出，衬垫设置在印刷电路板11的上主表面12上，用于电连接 光学模块41并用于经由块形接点电连接IC芯片16。
此外，在第一实施例中，两个光学模块41经由多纤维光缆26和 MT连接器彼此相连，如图l所示。更具体地说，每个光学模块41利 用连接器插头21与纤维光缆26光耦合，两个导销31和卡簧36依照 JISC 5981被设计用于MT连接器。MT连接器插头21固定于纤维光 缆26的一端。MT连接器导销31适配于连接器插头21的导孔22中 以及光学模块41的导孔80中，以在插头-销-插头的构造中使光缆26 和光学模块41彼此对齐和相连。MT连接器卡簧36装配于连接器插 头21和光学模块41上以将连接器插头21和光学模块41紧固在一起。
MT连接器插头21通常由树脂形成并具有长方体形状，该插头沿 着X-轴方向的长度尺寸为8.0士0.1mm、沿Y-轴方向的宽度尺寸为 6.4-7.0mm,沿Z-轴方向的高度尺寸为2.5-3.0mm。 MT连接器导销31 由例如不锈钢形成，其长度为10.8mm或更长，直径约为0.7mm。作 为导销31，根据JIS C 5981,可采用直径为0.699mm的 "CNF125A-21"。导孔22形成于插头21的配合面23上(光缆26的 端面在该配合面露出来)，其直径为0.7士0.001mm，孔与孔节距为 4.6土0.003mm。 MT连接器卡簧36由诸如不锈钢之类的弹性金属材料形成，它的两夹紧部37之间的自由长度为15.7mm或更短。
此外，每个光学模块41具有模块主体42和安装在模块主体42 上的光学元件81,如图2、 3、 5和6所示。
模块主体42具有与MT连接器插头21配合和适配的形状和尺寸， 或与连接器插头21的形状和尺寸基本相同，从而起到插座的作用。换 句话说，模块主体42具有与插头21基本相同的长方体形状和尺寸。 根据JIS C 5981,为了借助于卡簧36将模块主体42和连接器插头21 紧固在一起，精确控制模块主体42的X-轴尺寸特别重要。当连接器 插头21的X-轴尺寸规定为8.0士0.1mm时，模块主体42的X-轴尺寸 优选为8.0土0.3mm，更优选为8.0士0.1mm。此外，当连接器插头21的 X-轴和Y-轴尺寸分别规定为6.4-7.0mm和2.5-3.0mm时，才莫块主体42 的Y-轴尺寸优选为6.0-10.0mm，更优选为6.4-7.0mm， Z-轴尺寸优选 为2.0-5.0mm，更优选为2.5-3.5mm。例如，在第一实施例中，模块主 体42的X-、 Y-和Z-轴尺寸分别控制为8.0mm、 7,0mm和3.0mm。
才莫块主体42沿Y-Z方向具有两个相对的侧表面43和44，如图2、 3和5所示。模块主体42的侧表面43与连接器插头21的配合面23 相对，两导孔80相隔地形成于模块主体42的侧表面43上并与连接器 插头21的导孔22对应。当导孔22的直径为0.7士0.001mm、孔与孔节 距为4.6土0.003mm时，导孑L 80优选具有0.7土0.001mm的直径和 4.6土0.003mm的孔与孔节距，用于适当的光轴对齐。在第一实施例中， 导孔80的深度约为3.0mm。另一方面，模块主体42的侧表面44由 卡簧36的夹紧部37推向连接器插头21。
对于低型面的光学模块41，理想的是使模块主体42的上主表面 和连接器插头21的上表面基本处于同一平面上(也即，彼此基本齐 平)。
光学元件81是一种能够将电信号转换为光信号并将光信号发射 到特定区域的光发射元件，或者是一种能够接收光信号并将该光信号 转换成电信号的光接收元件。光发射元件的实例包括发光二极管 (LED)、激光二极管(LD)和垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。光接收元件的实例包括pin光敏二极管(pin PD)和雪崩光敏二极管 (APD )。光学元件81可由诸如Si、 Ge、 InGaAs、 GaAsP和GaAlAs 之类的适当材料制成。光学元件81具有多个光发射或接收点，例如在 一个阵列中设置12个光发射或接收点。
这里要注意的是，在第一实施例中，其中一个光学模块41 (设置 在图1的右侧)为表面发射型，其中光学元件81为垂直表面发射激光 器VCSEL，另一光学模块41 (设置在图1的左侧)为表面接收型， 其中光学元件81为垂直表面接收光电二极管。
为了安全地保护光学元件81以便提高可靠性，优选的是使光学元 件81嵌入模块主体42中而没有在光学模块41的任何表面上露出。
光学模块41还可包括IC (集成电路)元件82，该元件82在将 电信号从印刷电路板11传输至光学元件81的过程中驱动该光学元件 81，或者接收和放大来自光接收型的光学元件81的电信号。也即，当 光学元件81为光发射元件时，IC元件82是用于驱动光学元件81的 集成电路(所谓的"驱动器IC")。当光学元件81为光接收元件时， IC元件82是用于放大电信号的集成电路(所谓的"接收器IC")。可 选择地，当两个光学元件、也即光发射和光接收元件都设置于将在后 面的第四实施例中描述的单一光学模块中时，驱动器IC和接收器IC 可结合使用。在光学模块41中布置IC元件82使得光学元件81与IC 元件82之间的传导长度减小，这样与光学元件81和IC元件在光学 模块41外部相连的情况相比，增加了光学模块41的操作速度。
为了安全地保护IC元件82以便提高可靠性，还优选的是使IC 元件82嵌入模块主体42中而没有在光学模块41的任何表面露出。
光学模块41除了包括光学元件81和IC元件82之外，还可包括 电子元件或电路元件83。电子元件83的实例包括片状晶体管、片状 二极管、片状电阻器、片状电容器和片状电感器。电路元件83的实例 包括薄膜晶体管、薄膜二极管、薄膜电阻器、薄膜电容器和薄膜电感 器。该元件83可以是能动的或被动的。特别当电子或电路元件83为 电容器时，光学模块41的电阻和电感变小，从而提高性能。在搮作过程中，光学元件81、 IC元件82和电子或电路元件83 产生热量。由于树脂做的连接器插头21的热导率不是很高，来自这些 元件81、 82和83的热量不能经由连接器插头21有效地扩散至光学模 块41的外侧。这在光学模块41中会导致操作不稳定。因此，理想的 是，模块主体42主要由具有良好热导性、也即比树脂做的连接器插头 21的热导性更高的材料组成，以便将热量从元件81、 82和83有效地 扩散至光学模块41的外侧并保护光学模块41的操作稳定性。模块主 体42的高热导性材料的实例包括诸如金属材料和陶瓷材料之类的无 机材料。
在第一实施例中，模块主体42优选包括陶瓷基底51,其作为模 块主体的主要部件来支承光学元件81。尤其理想的是，如图4、 6和7 所示，陶瓷基底51为叠层的陶瓷基底，具有交替叠在一起的多个陶瓷 绝缘层52和导电层57来形成它的基底主体。绝缘层52可由具有良好 热导性的任何陶瓷材料、例如氧化铝、氧化铍、莫来石、氮化铝、氮 化硅、氮化硼或碳化硅制成。叠层的陶瓷基底51还包括形成于导电层 57之间的通孔导体58。在叠层陶瓷基底51上布置这种导电层57和通 孔导体58使得光学元件81容易与任何其它设备例如IC元件81、电 子元件或电路元件83以及印刷电路板11进行电连接。
陶瓷基底51具有沿着X-Y轴方向延伸的两个相对的主表面55和 56、以及垂直于该主表面55和56延伸的多个侧表面，该多个侧表面 包括沿着Y-Z方向延伸的两个相对的侧表面53和54，该侧表面53和 54分别平行于才莫块主体42的側表面43和44，如图4所示。
两个孔62形成于陶瓷基底51的侧表面53上从而构成光学模块 41的导孔80的至少一部分。理想的是，在陶瓷基底51的基底主体的 侧表面53中切割长方体的凹槽61，将填充物63填入凹槽61内，然 后在对应于连接器插头21的导孔22的位置通过精密加工填充物63 而形成两个孔62。如图2-7所示，精密孔62的剖面为圆形并具有与 导孔22相同的直径和孔与孔节3巨(也即，直径为0.7mm土0.001mm, 孔与孔节距为4.6士0.003mm )。当至少部分导孔80通过精密加工形成时，通过将导销31插入这样精密加工的孔80内可以更容易和正确实 现光学元件81和纤维光缆26之间的光轴对齐。这确保了光耦合效率 的提高。
此外，优选的是，填充物63具有比陶瓷基底51的基底主体更低 的硬度和更好的机械加工性。由于陶瓷基底51不仅具有良好热导性和 高尺寸稳定性的优点，还具有高硬度和不良机械加工性的缺点，所以 直接在陶瓷基底51上精密加工形成孔将变得困难和昂贵。相反，孔 62可以以较低成本在良好机械加工性的填充物63上容易地形成，这 些孔62可通过诸如钻孔、冲孔或激光加工之类的精密加工工艺形成。 考虑到成本，孔62优选使用精密钻孔器钻孔形成。其中，树脂类材料 优选用作填充物63。树脂类材料一般比陶瓷材料的硬度和价格更低， 这样将这种低硬度、低价的树脂类材料用作填充物63，不仅降低了制 造人力成本而且还降低了材料成本。
光学元件81和IC元件82可设置在陶瓷基底51的相同表面部分 或不同表面部分上。如图2、 3、 5和6所示，光学元件81和IC元件 82优选地分别连在陶瓷基底51的侧表面53和主表面55上，这样光 学元件81的光发射或接收面指向X-轴方向并沿着Y-轴方向定向，从 而在光学元件81和纤维光缆26之间形成光耦合，而无需光程转换。
在第一实施例中，空腔59形成于陶瓷基底51的主表面55和56， 这样IC元件82和电容器83分别设置在主表面55和56的空腔59中。 每个空腔59之间的缝隙可用有机硅树脂或热滑脂84填充，以便提高 热导性。
如图2、 3和5-7所示，模块主体42还可包括挠性基底76、金属 片72、微透镜阵列73、垫片74和电端子75。
挠性基底76用来支承光学元件81和IC元件82，同时特别当光 学元件81和IC元件设置在陶瓷基底51的不同表面部分时，允许光 学元件81和IC元件82之间进行电导。更具体地说，挠性基底76具 有与陶瓷基底51的主表面55相粘结的表面部分，和端部分，该端部 分从陶资基底51的侧表面53伸出并沿着该侧表面53弯曲从而垂直于200910该挠性基底76的表面部分延伸。因此，光学元件81和IC元件82经 由块形接点支承并连接于挠性基底76的相同表面侧，这样光学元件 81和IC元件82之间的电导经由挠性基底76的布线图而建立。在第 一实施例中，挠性基底76由聚酰亚胺树脂制成。
微透镜阵列73布置在陶资基底51的侧表面53上，其中垫片74 设置在微透镜阵列73和陶资基底51之间。微透镜阵列73形成由光学 透明材料制成的平板形状，从而起到聚光器(conderser)的作用以减 少光传输损失，该微透镜阵列73具有多个微透镜，例如12个微透镜， 它们沿着Y-轴方向设置并对应于光学元件81的光发射点。垫片74用 来调节焦距并且由例如具有抗焊接热量的矩形构架形的树脂类材料或 金属材料形成。
孔70和85在对应于陶瓷基底51的精密孔62的位置处分别钻透 挠性基底76和孩t透镜阵列73，这样这些孔62、 70和85 ^皮此相通从 而一起形成图7所示的光学模块41的导孔80。这样，孔70和85还 具有与导孔22相同的直径和孔与孔节距(也即，直径为0.7土0.001mm， 孔与孔节距为4.6士0.003mm )。
金属片72设置在模块主体42的除了侧表面43和44之外的任何 表面上，例如在模块主体42的主表面上与挠性基底76相粘结，从而 将热量从光学元件81和IC元件82等有效扩散至光学模块41的外侧 并保护光学元件81和IC元件82免受外部电磁波。这使得光学模块 41的操作稳定性和性能提高。金属片72可由诸如铜、铜合金、铁、 镍和铁镍合金和铝之类的任何金属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。在第一实施例中，金属片72由所谓的镍 银(Cu-Zn-Ni合金)制成并形成厚度约为0.5mm、表面积几乎与模块 主体42的上主表面相等的板盖形状。
电端子75优选设置在陶瓷基底51的除了侧表面53和54之外的 任何表面上，以便使光学模块41易于电连接至印刷电路板ll上。电 端子75可以是任何形式。电端子75的实例包括块形接点、焊盘(pads ) 或导线。在第一实施例中，电端子75是在陶瓷基底51的下主表面56上布置成阵列状的焊块(solder bumps),如图3、 6和7所示。在第 一实施例中， 一些焊块75用于把经过此处的热量扩散至光学模块41 的外侧。
如图3所示，光学模块41和纤维光缆26布置在印刷电路板11 上，其中连接器插头21的配合面23与模块主体42的侧表面43相对 且平行。在这个状态下，每个导销31的相对两端插入并装配入连接器 插头21的导孔22内以及光学模块41的导孔80内，从而在插头-销-插头构造中使光学模块41与插头21进行机械连接。光学模块41的光 学元件81与纤维光缆26之间的光轴对齐也可以在导销31 —插入导孔 22和80时就实现。于是，通过将光学模块41和插头21保持在卡簧 36的夹紧部37之间，将光学模块41和插头21固定地紧固，从而使 夹紧部37分别压在光学模块41的侧表面44和插头21的侧表面上。
下面将简要说明光学模块41的操作。
响应从印刷电路板11至表面发射型光学模块41的电源，光发射 型光学元件81和驱动器IC元件82变成能动的。当印刷电路板11在 该能动状态产生电信号时，电信号首先被输入驱动器IC元件82、然 后从驱动器IC元件82经由挠性基底76的布线图传送至光发射元件 81。光发射元件81将电信号转化成光信号并将该光信号向纤维光缆 26的一端输出。光信号穿过透明或半透明的挠性基底76并通过微透 镜阵列73的微透镜变成会聚的从而进入纤维光缆26的核心并由此行 进至表面接收型光学模块41中。
接下来将解释光学模块41的制造方法。
首先，例如准备生陶瓷基底主体，该基底主体具有形成于其侧表 面上的两个凹槽61;烧结该生基底主体；将填充物63填入凹槽61内； 然后，将填充物63精密加工形成两个孔62，这样就制成陶瓷基底51。 生陶瓷基底主体的准备工艺包括的步骤有提供多个生陶瓷片，在该 每个生陶瓷片的边缘部分制造两个切口并将所述的生陶瓷片叠在一 起，这样凹槽61由所述切口限定。采用这种方法，凹槽61可以以较 低成本容易地在陶瓷基底51上形成，因为陶资基底51在凹槽形成工艺中仍是未加工的。
例如，陶瓷基底51可通过下列步骤制造。
通过均匀地混合和揉捏诸如矾土粉、有机粘结剂、溶剂和增塑剂 之类的各种组分来准备泥浆原料。利用刮刀对所准备的泥浆原料进行 片材成型处理，由此生产出给定厚度的多个生片材。通过在生片材的 特定位置处进行沖压而形成通孔，把诸如钨膏剂之类的金属膏剂填入 所述通孔内。在生片材的边缘部分制造切口。此外，诸如鴒膏剂之类 的金属膏剂印刷在生片材的表面上。将生片材叠加在一起使得切口彼 此叠加，然后在给定压力作用下对其进行挤压从而获得生片材叠层。 通过公知的工艺将生片材叠层干燥和脱脂，并以足以烧结氧化铝的温 度(例如1650-1950°C)将其烧结，由此形成陶乾基底51。在这样形 成的陶瓷基底中，绝缘层52、导电层57、通孔导体58和凹槽61分别 由生片材、印刷在生片材上的金属膏剂、填在通孔内的金属膏剂、以 及形成于生片材中的切口组成。
另一方面，通过将例如80重量份的双酚F环氧树脂(可使用JER Co.,Ltd.的名为"EPICOAT807"的商品)、20重量份的甲酚酚醛环氧 树脂(可使用Shikoku公司的名为"EPICOAT152"的商品)、5重量 份的固化剂(可使用Shikoku Corp.的名为"2P4MZ-CN"的商品)、 用硅烷偶联剂(可使用Shin-Etsu化学公司的名为"KBM-403"的商 品)处理过的200重量份的硅石填充物(可使用Tatsumori Ltd.的名 为"TSS-6"的商品)、以及有效量的消泡剂(可使用San Nopco Limited 的名为"BERENOLS-4"的商品)混合，然后用三辊捏和才几捏4栗如此 获得的混合物，这样就准备好填充物63。在利用诸如印刷工艺之类的 公知工艺将填充物63填入陶瓷基底51的各凹槽61之后，将陶瓷基底 51在120°C加热1小时，这样填充物63变成半硬化。这时没有将填 充物63完全硬化是为了使下面的孔形成工艺易于进行。
利用精密钻孔机使孔62分别形成于半硬化的填充物63中。通过 这种精密加工工艺，孔62可被容易和正确地制成从而构成导孔80的 至少一部分，作为光轴对齐用的精确定位基准。此外，精密孔62形成于树脂类填充物63中使得制造和人力成本降低，以此作为光学模块 41成本降低的措施。之后，陶瓷基底51可用表面抛光机将陶瓷基底 51的側表面53抛光，由此除去从孔62伸出的过量填充物63。
将如此获得的陶瓷基底63在150°C加热5小时，这样填充物63 完全硬化。然后，通过公知工艺将陶瓷基底51精加工以将精密孔62 的直径樣吏调至0.700mm精确至土0.001mm。
陶瓷基底51以这种方式完成。随后，利用公知工艺将焊块75设 置在所完成的陶瓷基底51上。
接下来，通过下列步骤将陶瓷基底51和其它元件装配成光学模块41。
在准备挠性基底76的过程中，光学元件81和IC元件82安装在 挠性基底76的其中一个主表面上。陶瓷基底51、支承光学元件81和 IC元件82的挠性基底76、垫片74和微透镜阵列73都按照提及的顺 序设置。导销31插入并装配于孔62、 70和85内以便正确定位陶瓷基 底51上的挠性基底76和微透镜阵列73。挠性基底76的表面部分相 对于挠性基底76的端部分弯曲卯度，然后利用各向异性导电薄膜将 所述的表面部分粘结于陶瓷基底51的主表面55上。此外，利用银-环氧粘合剂将金属片72粘结于挠性基底76的表面部分上。陶瓷基底 51的导电元件与挠性基底76之间的电导可经由导电膏剂、导电膜或 焊盘建立。结果，获得光学模块41和导销31 (如图2所示)的子配 件，其中导销31各自具有从模块主体42伸出的部分。通过将光学模 块41焊接在印刷电路板11的主表面12上，把如此获得的子配件设置 在印刷电路板11的主表面12上。可选择地，可将陶瓷基底51焊接在 印刷电路板11的主表面12上，然后，利用导销31将挠性基底76、 垫片74和微透镜阵列73连在陶瓷基底51上。
最后，用导销31和卡簧36将光学模块41和连接器插头21保持 在一起。这里，MT连接器插头21已经固定在纤维光缆26的一端。 将连接器插头21设置在印刷电路板11上，连接器插头21的配合面 23与光学模块41的侧表面43相对，然后，更靠近光学模块41，这样导销31的伸出部装入连接器插头21的导孔22内直至连接器插头21 的配合面23与光学模块41的侧表面43互相接触为止。当预先将光学 模块41和导销31做成子配件时，光学模块41和连接器插头21在插 头-销-插头构造中更容易连接。然后将卡簧36安装到光学模块41和 连接器插头21上以将光学模块41和连接器插头21夹在卡簧36的夹 紧部37之间。这样，光学模块41和连接器插头21在卡簧36的压力 作用下紧紧保持在一起。
如上所述，将导销31装入连接器插头21和模块主体42内不仅使 得这些连接部21和42之间形成机械连接，而且还使得光学元件81 和纤维光缆22之间形成光轴对齐。换句话说，光学元件81可通过相 对简单的方法与光纤26高精度地光耦合。当模块主体42与MT连接 器插头21具有基本相同的形状和尺寸时，可以在第一实施例中采用为 使用MT连接器所设计的导销31和卡簧36，以便将模块主体41和连 接器插头21紧固在一起。这样，光学模块41能够获得高光耦合效率、 通用性和成本效率。
此外，光学元件81和IC元件82设置在光学模块41中，减少了 光学元件81和IC元件82之间的传导长度，由此加速光学模块41的 操作。
光学元件和IC元件82被嵌入模块主体42中而没有在光学模块 41的任何表面上露出。这样，可以为光学元件81和IC元件82提供 安全保护，并且与光学元件81和IC元件82在光学模块41的表面上 露出的情况相比，可提高可靠性。
由于设置了光学元件81、 IC元件82和电子元件或电路元件83， 光学模块41中所产生的热量总量相对较大。另外，光学元件81、 IC 元件82和电子元件或电路元件83都嵌入光学模块41中。因此光学模 块41在结构上可能会在其中积累热量。然而，除了设置金属片72之 外还采用了高热导的陶瓷基底51作为模块主体的主要部件，这能够有 效进行热扩散。 一些焊块75还起到热量路径的作用来促进有效的热扩 散。第二实施例
下面将参照图8和9解释本发明的第二实施例。
第二实施例的光学模块141在结构上类似于第一实施例的光学模 块41，如图8和9所示，除了光学元件81和IC元件82不利用作为 这些元件81和82的支架的挠性基底76而与陶瓷基底51直接粘接以 外。更具体地说，光学元件81布置在陶瓷基底51的侧表面53上并经 由焊线191电连接导电层57， IC元件82布置在陶瓷基底51的主表 面55的空腔59中并与导电层57或通孔导体58电连接。
相应地可以在第二实施例中获得与第一实施例相同的效果，这样 光学模块141能够获得高光耦合效率、通用性和成本效率。此外，通 过除去挠性基底76可降低光学模块141的零件总数。这使得光学模块 141的制造成本降低。当陶瓷基底51和金属片72之间的热导率通过 除去挠性基底76而被增加时，光学模块141还可以进一步提高热导性。 第三实施例
以下将参照图10和ll描述第三实施例。
第三实施例的光学模块241在结构上类似于第一实施例的光学模 块41,如图10和11所示，除了光学模块81和IC元件82不利用作 为这些元件81和82的支架的挠性基底76而与陶瓷基底51直接粘接 以外。更具体地说，IC元件82布置在陶瓷基底51的主表面55的空 腔59中并与导电层57或通孔导体58电连接。在第三实施例，陶瓷基 底51具有沿着陶瓷基底51的下主表面56在X-轴方向上伸出的薄部 244。光学元件81布置在陶瓷基底51的伸出部244上并与导电层57 或通孔导体58电连接，它的光发射或接收点指向Z-轴方向(也即， 图11的上侧)。此外，光学模块241包括垫片245和具有光学镜246 的微透镜阵列247。垫片245具有L形的剖面并布置在陶瓷基底51的 伸出部244上。微透镜阵列247布置在垫片245上，这样使得光学镜 246的镜面相对于光轴成45°角。导孔251和252沿着Z-轴方向分别 形成于微透镜阵列247和陶瓷基底51的伸出部244中，这样通过将导 销31插入导孔251和252内，光学元件81和孩t透镜阵列247进入彼此光轴对齐的状态。
可以在第三实施例中获得与第 一 实施例相同的效果，这样光学模
块241能够获得高光耦合效率、通用性和成本效率。当光学元件81 和IC元件82 ^:指向相同方向时，包括光学元件81和IC元件82在 内的各种模块部件可更容易和有效地安装在陶瓷基底51上。当陶瓷基 底51和金属片72之间的热导率通过除去挠性基底76而被增加时，光 学模块241还可以进一步提高热导性。 第四实施例
下面将参照图12描述第四实施例。
第四实施例的光学模块341在结构上类似于第一实施例的光学模 块41,如图12所示，除了光学模块341具有两种不同光学元件光 发射和光接收元件81a和81b、以及两种不同IC元件驱动器IC82a 和接收器IC82b以外。在第四实施例中，光发射和光接收元件81a和 81b分别为VCSEL和光电二极管。光发射元件81a和驱动器IC82a 经由挠性基底76的其中一个布线图彼此电连接，而光接收元件81b 和接收器IC82b经由挠性基底76的另一个布线图彼此电连接。模块 主体42还包括i殳置在光学元件81a和81b之间的屏蔽元件361，以4吏 光学元件81a和81b保持彼此电》兹分离。在这种情况下，将导电材料 镀在任一基底元件上或者将导电材料镀在垫片74上可形成屏蔽元件 361。两各空腔59形成于陶瓷基底51的上主表面55上，从而将IC 元件82a和82b布置在各个空腔59中。在两空腔59之间留有一个分 隔壁362以便使驱动器IC82a和接收器IC82b保持彼此电磁分离。
因此，可以在第四实施例中获得与第一实施例相同的效果，这样 光学模块341能够获得高光耦合效率、通用性和成本效率以及高附加 值。
第一至第四实施例的变型
上文的第一至第四实施例可进行多种变型。
例如，模块主体42和连接器插头21还可以在插头-销-插头构造 中仅利用导销31(也即，不釆用卡簧36)连在一起，虽然在第一至第四实施例中这些连接部42和21通过利用导销31和卡簧36耦合。
在第一、第二或第三实施例中，可除去垫片74或245以减少光学 模块41、 141或241的零件总数。
虽然在第三实施例中陶乾基底51、微透镜阵列247和金属片72 经由导销31对齐和固定，但陶资基底51、微透镜阵列247和金属片 247还可以通过例如粘合剂而不采用导销31来对齐和固定。
可将多个金属片72设置在模块主体42中，虽然在第一至第四实 施例中是将单一金属片72设置在模块主体42的主表面上。
在第一至第四实施例中，凹槽61的内表面上没有形成凸部或凹 部，每个圆形凹槽61的直径在整个深度上基本恒定。但，也可以凹槽 61的内表面上形成凸部和凹部使得每个凹槽61的直径随着深度而改 变。在这种情况下，凹槽61和填充物63之间的接触面变得增加从而 提高填充物63和凹槽61的粘结，防止凹槽61和填充物63之间出现 缝隙以及由于热应力集中而裂开，由此提高可靠性。
在第一实施例中，通过将填充物63填入凹槽61内、在120。C将 填充物63半力更化、精密钻孔、表面抛光，然后在150°C将填充物63 完全硬化，这样就形成精密孔62。可选择地，通过另一种工艺例如将 填充物63填入凹槽61内、在120°C将填充物63半硬化、表面抛光， 然后在150°C将填充物63完全^_化、然后精密钻孔而形成孔62。 第五实施例
以下将参照图13-21描述本发明的第五实施例。
如图13所示，两光学模块441经由块形接点475安装在印刷电路 板11上并通过纤维光缆26彼此相连。注意，在第五实施例中纤维电 缆26用作对应光学设备。印刷电路板11具有交替叠加在一起的多个 绝缘层15和导电层，以限定两相对的主表面12和13。虽然附图中未 示出，焊点布置在印刷电路板11的主表面12上用于电连光学模块 441。 IC芯片16也经由块形接点安装在印刷电路板11上。
每个光学模块441紧固于纤维光缆26的连接器插头21上，并包 括模块主体439和光学元件481,该模块主体439具有作为该模块主体主要部件的基底440，该光学元件481安装于该基底440的安装部 466上，其中该光学元件481的光学面如图13-15所示地指向连接器 插头21的配合面。
基底440为扁平形状，用以构成两相对主表面442和443，如图 14-16所示。在第五实施例中，基底440优选为第一和第二叠层基底 元件448和451的连接基底形式。
第一基底元件448具有叠在一起的多个绝缘层449和形成于绝缘 层449之间的固定接地层465，而第二基底元件451具有交替叠在一 起的多个绝缘层452和导电层457。虽然附图中没有特别示出，但第 一基底元件448的绝缘层449之间可设置导电层。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导体458a和458b以与 导电层457及接地层465 —起形成电路图案。如图15所示，接地层 465中形成有一通孔从而使得通路孔458a穿过该通孔。
这些叠层基底元件448和451彼此连在一起使得第一基底元件 448中的绝缘层449的叠层方向基本垂至于第二基底元件451中的绝 缘层452的叠层方向。优选地，第一基底元件448的尺寸制得小于第 二基底元件451并且该第一基底元件448的其中一个基底表面与第二 基底元件451的侧面相连，这样基底元件448和451的绝纟彖层449和 452分别在基底440的平面方向和厚度方向叠加。(在下文，令基底元 件448和451连在一起的第一基底元件448的基底表面和第二基底元 件451的侧面有时可称为连接面。)应该注意的是，基底元件448和 451的叠层方向可以不形成正好90°角，而是可形成基本为90°角。
每个绝缘层449和452由诸如树脂或陶资之类的电绝缘材料制成。
将树脂类材料用作绝缘层449和452使得基底440的成本降低。 可用作绝缘层449和452的实例包括环氧(EP )树脂、聚酰亚胺(PI) 树脂、双马来酰亚胺-三嗪系(BT)树脂和聚苯醚(PPE)树脂。这些 树脂类绝缘层的核心基底材料可以与 一个或多个组合层(build-up layer)结合4吏用。
陶瓷材料用作绝缘层449和452得到良好的光传输效率，不会由于光学元件481产生的热量而使光耦合受损，因为陶瓷材料不仅具有 高硬度和尺寸稳定性，还具有良好的将热量扩散至外侧的热导性。叠 层陶瓷材料制得的基底440因此可特别用作光学元件481的支架。可 用作绝缘层449和452的陶瓷的实例包括氧化铝、氧化铍、莫来石、 氮化铝、氮化硼和碳化硅。这些陶瓷材料具有优秀的热导性。
在第五实施例中，特别当绝缘层449和452由例如氧化铝之类的 陶瓷制成时，可优选使基底元件448和451彼此不直接表面接触。因 而，基底440可优选地包括位于基底元件448和451之间的绝热层450， 以经由该绝热层450将基底元件448和451连在一起。为了防止基底 元件448和451之间传输热量并由此从热量上保护光学元件481用于 光学模块441的操作稳定性，绝热层450由具有比陶瓷材料制成的绝 缘层449和452热导率更低的材料制成。在第五实施例中，绝缘层450 由各向异性导电材料制成，这样基底材料448和451经由该各向异性 层450可彼此才几械连4妾和电连接。
当第 一基底元件448的其中 一个基底表面与第二基底元件451的 侧面如图14-16所示地相连时，优选将光学元件481安装在第一基底 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 (或模块主体439)的侧表面444上，从而在光学元件481和光缆26 之间形成光耦合，而无需光程转换设备。(在下文，光学元件481安装 于其上的第一基底元件448的基底表面444有时可称为光学元件安装 面。)这有利地使得光学模块441的成本降低和低型面化。
光学元件481是一种能够将电信号转变为光信号并将该光信号发 射至特定区域的光发射元件，或者是一种能够接收光信号并将该光信 号转变为电信号的光接收元件。光发射元件的实例包括发光二极管 (LED)、激光二极管(LD)和垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。 光接收元件的实例包括pin光敏二极管(pin PD)和雪崩光电二极管 (APD )。光学元件481可由诸如Si、 Ge、 InGaAs、 GaAsP和GaAlAs 之类的适当材料制成.
注意，在第五实施例中，其中一个光学模块441 (设置在图13的右侧)为表面发射型，其中光学元件481为表面发射激光器VCSEL， 而另一光学模块441 (设置在图13的左侧)为表面接收型，其中光学 元件481为表面接收光敏二极管。
光学模块441还可包括支承于基底440的安装部467上的IC(集 成电路)元件482,以在将电信号从印刷电路板11传输给光学元件481 的过程中驱动光学元件481，或者接收并放大来自光接收型光学元件 481的电信号。也即，当光学元件481为光发射元件时，IC元件482 为驱动该光学元件481的集成电路(所谓的"驱动器IC")。当光学元 件481为光接收元件时，IC元件482是放大电信号的集成电路(所谓 的"接收器IC")。与第一至第四实施例相似，在第五实施例中IC元 件482布置在光学模块441中使得光学元件481与IC元件482之间 的传导长度减小，这样与光学元件481和IC元件在光学模块441外 部相连的情况相比，增加了光学模块441的操作速度。
虽然IC元件482可安装在第一基底元件448上或第二基底元件 451上，当第一基底元件448的其中一个基底表面连接于第二基底元 件451的侧面时，可优选将IC元件482安装在第二基底元件451的 其中一个基底表面上(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安装于其上的第二基底元件451的基 底表面有时可称为IC元件安装面。)换句话说，可优选将光学元件481 安装第一和第二基底元件448和451中的其中一个上并且将IC元件 482安装在第一和第二基底元件448和451中的另一个上。如果光学 元件481和482都安装在第一和第二基底元件448和451中的任一个 上，这些元件481和482就互相物理地靠近，这样光学元件481易于 受到来自IC元件482的热和电磁影响。此外，如果将光学元件481 和IC元件482都安装在基底元件448和451中的任一个上，很难保 护用于安装两元件481和482的空间，由此很难减少光学模块441的 总尺寸。
光学模块441除了包括光学元件481和IC元件482之外，还可 包括电子元件或电路元件，虽然附图中未示出。为了易于保护用于安受到光
学元件481的热和电磁影响，电子元件或电路元件优选地安装在第二 基底元件451上而不是安装在第一基底元件448上。电子元件的实例 包括片状晶体管、片状二极管、片状电阻器、片状电容器和片状电感 器。电路元件的实例包括薄膜晶体管、薄膜二极管、薄膜电阻器、薄 膜电容器和薄膜电感器。这种元件可以是能动的或被动的。特别当电 子或电路元件为电容器时，可以减小光学模块441的电阻和电感，于 是增强光学模块441的性能。
连接焊盘486形成于基底元件448和451的相对的连接面上并经
如图14和15所示，焊盘487在光学元件安装部466周围形成于第一 基底元件448的光学元件安装面444 (与基底元件的连接基底表面相 对)上，用于经由焊线491连接光学元件481的终端。而且，焊盘488 在IC元件安装部467周围形成于第二基底元件451的IC元件安装面 上，用于经由图14和15所示的焊线491连接IC元件482的终端。 因此，即使这些元件481和482安装在独立的基底元件448和451上， 光学元件481和IC元件482经由导电层457、通路孔导体458a、焊 盘486、 487和488以及焊线491也彼此电连。
块形焊盘489也设在基底440的下主表面上且遍及基底元件448 和451,这样块形接点475设置在各自的块形焊盘489上。
此外，可优选地在基底元件448和451上提供独立的热导路径从 而将热量从光学元件481和IC元件482扩散至光学模块441的外侧， 而不会在部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之间导致传 热。在第五实施例中，通路孔导体458b用作热通路从而将热量从这些 元件481和482扩散至光学模块441的外侧。接地层465由于其固态 形式还具有将热量从光学元件481有效传递至光学模块441外侧的功 能。在第五实施例中，这里的每个光学元件安装部466和IC元件安 装部467由导电材料制成。因此可以将热量从光学元件481经由光学 元件安装部466、通路孔导体458b、接地层465、块形焊盘489以及块形接点475扩散至印刷电路板11,并将热量从IC元件482经由IC 元件安装部467、通路孔导体458b、块形焊盘489以及块形接点475 扩散至印刷电路板ll，例如当IC元件482产生的热量大于光学元件 481时，部分第一基底元件448和部分第二基底元件451之间不会传 热。
如图14所示，为了便于对准，对齐标记495形成于第一基底元件 448的光学元件安装面444上。在第五实施例中，对齐标记495为十 字形。
光学模块441还包括一个或多个光耦合元件431,作为用于光学 元件481和光学设备26光轴对齐的导轨。为了获得高对齐精度和耦合 强度，可优选在光学模块441中提供多个光耦合元件431。对于低型 面的光学模块441,进一步可优选将光耦合元件431和光学元件481 设置在第一基底元件448上，更具体地说是设置在第一基底元件448 的相同基底表面上，例如以光学元件481设置在光耦合元件431之间 的方式。光耦合元件431的形状和材料不特别受限。光耦合元件431 优选为销的形式，所述销由具有一些硬度的材料制成。
在第五实施例中，两个导销431用作光耦合元件，如图13-16所 示。这些导销431被插入和装配于第一基底元件448的导孔中从而从 基底440的侧表面伸出并且在平面方向上延伸，由此光学冲莫块441厚 度的不增加就可获得低型面。
可优选的是，为了将导销431正确接合入对应光学设备26的对齐 孔内以及接合入基底440的导孔内，基底440的每个导销431和每个 导孔的直径基本与对应光学设备26的连接器插头21的对齐销孔相同。
考虑到通用性，连接器插头21和导销431可以是为MT连接器 所设计的插头和导销。在这种情况下，根据JISC 5981，连接器插头 21的对齐孔和基底440的导孔制成直径为0.7土0.001mm，孔与孔节距 为4.6士0.003mm。此外，根据JIS C 5981也可采用直径为0.699mm的 导销431 "CNF125A-21".
基底440的导孔优选通过精密加工形成。特别当第一基底元件448为叠层陶瓷基底元件时，可优选的是，在基底元件448上切割圆形凹 槽461、将填充物463填入凹槽461内、然后通过精密加工而在填充 物463上制得孔462并使这些孔462在第一基底元件448的基底表面 上是开口的从而构成导孔，这样导孔就形成于第一基底元件448中。 当精密加工形成导孔时，通过将导销431插入如此精密加工的孔内而 使光学元件481和纤维光缆26之间的光轴对齐更容易和正确地实现。 这确保了光耦合效率的提高。
优选地，填充物463比陶瓷基底元件448的硬度低、才几械加工性 更佳。由于陶瓷基底元件448不仅具有良好热导性和高尺寸稳定性的 优点，还具有高硬度和不良机械加工性的缺点，所以直接在陶资基底 元件448中精密加工而形成孔是很困难和昂贵的。相反，导孔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。这些孔462 可通过任何精密加工方法例如钻孔、冲压或激光加工而形成。考虑到 成本问题，孔462优选采用精密钻孔才几钻孔形成。填充物463的实例 包括树脂类材料、金属材料和玻璃材料。其中，树脂类材料优选用作 填充物463。树脂类材料的硬度和价格一般低于陶资材料，这样将这 种低硬度、低价格的树脂类材料用作填充物463不仅使得制造人力成 本降低还使得材料成本降低。
下面将介绍光学模块441的制造方法。
第一基底元件448首先通过例如图19所示的下列步骤来制造。 通过均匀地混合和揉捏诸如矾土粉、有机粘结剂、溶剂和增塑剂 之类的各种组分来准备泥浆原料。利用刮刀对所准备的泥浆原料进行 片材成型处理，由此生产出给定厚度的多个生片材。通过在生片材的 特定位置处进行沖压而形成孔，将诸如钨膏剂之类的金属膏剂填入各 个孔内。将诸如鴒膏剂之类的金属膏剂印刷在生片材的表面上。将生 片材叠加在一起并在给定压力作用下对其进行挤压从而获得生片材叠 层。此外，将诸如钨膏剂之类的金属膏剂印刷在生片材叠层的表面上。 然后，将生片材叠层钻孔以利用该生片材叠层切割凹槽461。由于这 时片材叠层仍然是未加工的，所以凹槽461可以容易地以〗氐成本形成。通过公知的工艺将如此荻得的生片材叠层干燥和脱脂，并以足以烧结
氧化铝的温度(例如1650-1950°C)将其烧结，由此形成叠层的陶瓷 基底元件448。在这样形成的陶瓷基底元件448中，绝缘层449、接地 层465和导电层、光学元件安装部466及焊盘486和487、块形焊盘 489、通路孔导体458a和458b分别由生片材、印刷在生片材上的金属 膏剂、印刷在生片材叠层上的金属膏剂、以及填在孔内的金属膏剂组 成。
通过混合环氧树脂、固化剂和硅石填充物等，然后利用三辊捏和 机捏揉如此获得的混合物，从而准备好填充物463。通过诸如印刷工 艺之类的公知工艺将填充物463填入第一基底元件448的各个凹槽 461中，在120。C将第一基底元件448加热1小时，这样填充物463 变成半硬化。这时填充物463没有完全硬化是为了易于进行下列的孔 制造工艺。
利用精密钻孔机使孔462分别形成于半硬化的填充物463上。通 过这种精密加工工艺，孔(导孔)462作为用于光轴对齐的精确定位 基准可容易和正确地制得。此外，精密孔462形成于树脂类填充物463 中使得制造和人力成本降低，以此作为光学模块441成本降低的措施。
在150。C将如此获得的基底元件448加热5小时，从而^f吏填充物 463完全硬化。然后，通过公知的工艺将基底元件448抛光以将精密 孔462的直径微调至0.700mm，精确至士0.001mm。
接下来通过例如图17所示的下列步骤来制造第二基底元件451。
准备在制造第一基底元件448中所使用的相同泥浆材料，并利用 刮刀对其进行片材成型处理，由此产生给定厚度的多个生片材。通过 在生片材的特定位置处进行冲压而形成孔，将诸如钨膏剂之类的金属 膏剂填入各个孔内。将诸如钨膏剂之类的金属膏剂印刷在生片材的表 面上。将生片材叠加在一起并在给定压力作用下对其进行挤压从而获 得生片材叠层。此外，将诸如钨膏剂之类的金属膏剂印刷在生片材叠 层的表面上。通过公知的工艺将如此获得的生片材叠层干燥、脱脂和 烧结，由此形成叠层的陶瓷基底元件451。在这样形成的陶资基底元件451中，导电层457、 IC元件安装部467及焊盘486和488、块形 焊盘489、通路孔导体458a和458b分别由生片材、印刷在生片材表 面上的金属膏剂、印刷在生片材叠层上的金属膏剂、以及填在孔内的 金属膏剂组成。
接着，通过将基底元件448设定在芯片安装器中以使基底元件448 的光学元件安装面444保持面朝上的状态、然后利用粘合剂将光学元 件481粘结于光学元件安装部466上，这样光学元件481如图20所示 地安装在第一基底元件448中。对齐标记495可用于部件对齐。 一旦 将基底元件448设定在粘合设备中以使得基底元件448的光学元件安 装面444保持面朝上的状态，就提供焊线491以便使光学元件481与 导电元件458b和487之间形成电连接。
然后，通过基底元件451设定在芯片安装器中以使得基底元件451 的IC元件安装面保持面朝上的状态、然后利用粘合剂将IC元件482 粘结于IC元件安装部467上，这样IC元件482如图18所示地安装 在第二基底元件451中。 一旦将基底元件451设定在粘结设备中以使 得基底元件451的IC元件安装面保持面朝上的状态，就提供焊线491 以便使IC元件482与导电元件458b和488之间形成电连接。
这样，第一基底元件448的光学元件安装面444和第二基底元件
上的状态，从而这些粘附和引线接合工艺"完成相对比较容易。
通过在基底元件448和451之间布置各向异性导电材料制成的膜 450、应用压力使该各向异性膜450保持在基底元件448和451之间、 然后将该各向异性膜450加热至给定温度，这样第一和第二基底元件 448和451就彼此机械连接和电连接，如图21所示。在这样形成的连 接基底440中，第一基底元件448中的绝缘层449的叠层方向基本垂 直于第二基底元件451中的绝缘层452的叠层方向。
将导销431插入和装配于基底440的精密孔462中，使得导销431 各自具有从基底440伸出的部分。之后，将焊块475设置在块形焊盘 489上并在给定的温度对其进行软熔处理一段时间，由此将光学模块441安装在印刷电路板11上。可选择地，在将光学模块441安装于印 刷电路板ll之后，可将导销431装配在基底440上。
最后，将光学模块441与纤维光缆26的连接器插头21耦合。一 旦将导销431的伸出部分插入插头21的对齐孔内，光学模块441和纤 维光缆26之间的光轴对齐就可容易地实现。
如上所述，将导销431用作光学模块441中的定位基准使得光学 元件481与光学设备26之间容易进行光轴对齐。因此，光学元件481 可以与光学设备26以高精度光耦合，由此允许进行有效的光耦合。
第一和第二叠层基底元件448和451的连接基底440在结构上适 于将光学元件481和导销431支承于基底440的侧表面上，以及将IC 元件482支承于基底440的主表面上。因此，可以将光学模块441的 厚度尺寸最小化，用于低型面的光学模块441。
对于基底440的制造工艺，基底元件448和451是以独立的步骤 来准备的，而无需像在以前的技术中那样将基底440处理成复杂的三 维形状。基底440可以以4氐成本相对容易地制造。
第一和第二基底元件448和451在基底440中彼此电连接，这样 可将光学元件481和IC元件482支承于独立的基底元件448和451 中。而且，电路图案可有利地形成于整个基底440上。所以，可以完 全利用整个基底440而不会浪费空间。这使得光学模块441的尺寸减 小。
由于第一和第二基底元件448和451主要由陶瓷构成，光学模块 441能够获得高硬度和尺寸稳定性以及良好的热导性。因此，可以防 止光学模块441中出现问题(例如，由于对光学元件481的热量影响 而使光耦合精度受损)并可获得有效的光传输。 第六实施例
以下将参照图22和23描述第六实施例。
第六实施例的光学模块541在结构上类似于第五实施例的光学模 块441，如图22和23所示，除了光学元件481和IC元件482的设置 以外。更具体地说，空腔559和560形成于第一基底元件448的光学元件安装面444上和第二基底元件451的IC元件安装面上，这样光 学元件481和IC元件482分别布置在基底元件448和451的空腔559 和560上。这种布置使得光学元件481和IC元件481较少伸出基底 440，由此光学模块541获得低型面。而且，从光学元件481至焊盘 487以及从IC元件482至焊盘488的焊线491可缩短以便加速光学模 块541的操作。 第七实施例
下面将参照图24描述第七实施例。
第七实施例的光学模块641在结构上类似于第五实施例的光学模 块441，如图24所示，除了第一和第二基底元件448和451利用粘合 层650连在一起之外。粘合层650是诸如环氧树脂粘合剂之类的有机 树脂粘合剂并具有绝热性，这样粘合层650用作绝热层。在第六实施 例中没有将连接焊盘486设置于基底元件448和451的连接面上。取 而代之的是，焊盘690设置在基底元件448和451的上表面上，焊线 691设置在焊盘690之间从而允许第一和第二基底元件448和451之 间电连接。即使在这样一种布置中，第一和第二基底元件448和451 也可彼此机械连接和电连接。 第八实施例
最后，将参照图25描述第八实施例。
第八实施例的光学模块741在结构上类似于第五实施例的光学模 块441，如图25所示，除了第一和第二基底元件448和451之间的连 接之外。更具体地说，连接焊盘791形成于基底元件448和451的相 对的连接面上，焊块792设置在任何相对的两连接焊盘791之间。此 外，基底元件448和451之间的空间用例如环氧树脂制成的填料层 (underfill layer)750来填充，这样填料层750用作绝热层。基底元件 448和451因此可通过连接焊盘791、焊块792和填料层750而彼此才几 械连接，并通过连接焊盘791和焊块792而彼此电连接。可选择地， 不设置填料层750。在这种情况下，第一和第二基底元件448和451 之间的空气用作绝热层从而提高绝热效率，虽然基底元件448和451之间的机械连接会削弱。
只要这里已经使用了方向术语"上"、"下"、"垂直"和"横向"， 它们就始终与本申请的"附图的简要说明"部分中所使用的方向一致。
日本专利申请NO.2004-162244 ( 2004年5月31日提交)和 NO.2004-248486 ( 2004年8月27日提交)的全部内容在此引入作为 参考。
虽然本发明已经参照上述的本发明特定实施例进行了描述，但本 发明不限于这些实施例。本领域技术人员可以根据上文的教导对上述 的实施例进行各种变型和变化。本发明的范围限定于附随的权利要求 中。
权利要求
1. 一种光学模块，包括包括第一基底元件和第二基底元件的基底，该第一基底元件具有沿着第一叠层方向叠在一起的多个绝缘层，该第二基底元件具有沿着第二叠层方向叠在一起的多个绝缘层，第一和第二基底元件允许在它们之间进行电连接，该第一和第二基底元件被连接在一起，从而使得第一和第二叠层方向基本互相垂直；安装于第一基底元件上的光学元件；和布置在第一基底元件上的耦合元件，用以提供用于光学元件与对应光学设备进行光轴对齐的定位基准。
2. 根据权利要求l所述的光学模块，还包括安装于第二基底元件 上的第一和第二半导体元件中的至少一个，其中第一半导体元件能够 驱动光学元件，第二半导体元件能够放大来自光学元件的信号。
3. 根据权利要求2所述的光学模块，其特征在于，第一和第二基 底元件中的每个都具有形成于其内的空腔，光学元件和半导体元件分 别布置在第一和第二基底元件的空腔内。
4. 根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述耦合元件 是导销，所述对应光学设备是纤维光缆，所述光学模块通过光学连接 器连接到纤维光缆上，并且该光学模块具有包括所述基底的模块主体， 该模块主体被构造成通过导销与光学连接器的插头相连，该模块主体 的侧表面与连接器插头的配合面相对，纤维光缆的端面在该配合面处 露出，并且所述模块主体被构造成通过卡簧夹紧到连接器插头上，所 述卡簧适用于在两个MT连接器插头之间夹紧该两个MT连接器插 头。
5. 根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，所述光学连接 器是MT连接器。
6. 根据权利要求5所述的光学模块，其特征在于，所述连接器插 头和所述卡簧依照JISC5891标准设计。
7. 根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，所述模块主体 具有第二侧表面，该第二侧表面与所述第一侧表面相对设置，并且用卡簧的夹紧部保持，所述模块主体的所述第一側表面上形成有将导销 接收于其内的导孔。
8. 根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，连接器插头由 树脂类材料制成，模块主体主要由其热导率比树脂类材料高的材料构成。
9. 根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，所述第一基底 元件包括形成于其内的凹槽和填充物，该填充物的机械加工性比第一 基底元件的机械加工性好，该填充物被填入所述凹槽内并被精密加工 以形成导孔的至少一部分，其中导销插入该导孔内。
10. 根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，所述模块主 体包括金属片，该金属片布置在除了模块主体的相对侧表面以外的模 块主体的表面中。
11. 根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于，所述模块主 体包括多个布置在其上的电端子。
12. —种用于光学模块的基底，该光学模块具有光学元件和耦合 元件，所述基底包括第一陶瓷基底元件，其具有沿着第一叠层方向叠在一起的多个陶 瓷绝缘层、光学元件安装于其上的安装部和将耦合元件接收于其内的 精密加工形成的孔；以及第二陶乾基底元件，其具有沿着第二叠层方向叠在一起的多个陶 瓷绝缘层；第 一和第二陶资基底元件允许在它们之间进行电连接，该第 一和 第二陶瓷基底元件被连接在一起，从而使得第一和第二叠层方向基本 互相垂直。
13. 根据权利要求12所述的基底，还包设置于第一和第二基底元 件之间的绝热层，该绝热层由热导率比绝缘层的热导率低的材料制成。
14. 根据权利要求13所述的基底，其特征在于，所述绝热层由各向异性的传导材料制成。
15. —种光耦合结构，包括 纤维光缆；光学连接器，其具有固定于纤维光缆的一端的插头； 导销；卡簧，其适用于在两个MT连接器插头之间夹紧该两个MT连接器插头；和光学模块，其包括模块主体，其具有作为主要部件的基底，该模块主体夹紧到 连接器插头上并通过导销与该连接器插头相连，该模块主体的侧 表面与连接器插头的配合面相对，纤维光缆的端面在该配合面处 露出，所述基底包括第一基底元件和第二基底元件，该第一基底 元件具有沿第一叠层方向叠在一起的多个绝缘层，该第二基底元 件具有沿第二叠层方向叠在一起的多个绝缘层，该第一和第二基 底元件允许在它们之间进行电连接，该第 一和第二基底元件^皮连 接在一起，从而使得第一和第二叠层方向基本互相垂直；光学元件，其安装在所述第一基底元件上并具有光轴，当将 导销装配于模块主体和连接器插头内时，所述光轴与纤维光缆的 光轴对齐；以及安装在模块主体上的第 一和第二半导体元件中的至少 一个，其中第一半导体元件能够驱动光学元件，第二半导体元件能够放 大来自光学元件的信号。
全文摘要
一种通过光学连接器与纤维光缆耦合的光学模块，包括模块主体，其通过专用的导销可与光学连接器的插头相连，该模块主体的侧表面与连接器插头的配合面相对，纤维光缆的端面在该配合面处露出；和安装在模块主体上的并具有光轴的光学元件，当将导销装配于模块主体和连接器插头内时，该光轴与纤维光缆的光轴对齐。
文档编号G02B6/42GK101446675SQ20091000136
公开日2009年6月3日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者堀尾俊和, 大野正树, 大野猛, 小岛敏文, 川村彩子, 若松进, 高田俊克 申请人:日本特殊陶业株式会社