CN101165519A - 光电耦合组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能够形成三维电气配线图案的光电耦合组件及其制造方法。所述组件包括：光电转换单元，其配备有光电转换元件；以及成型件。所述成型件包括：插孔，其构造并设置成其中插入光纤，从而使得所述光纤的末端面向所述光电转换元件的活性层；前表面，其上安装所述光电转换单元；以及侧面，其与所述前表面邻接。嵌入成型到所述成型件中的导线具有：第一表面，其从所述成型件的前表面露出并电连接到所述光电转换元件；第二表面，其从所述成型件的侧面露出；以及接合部，其宽度沿远离所述成型件的前表面的方向增大。所述接合部的至少一部分包含在形成所述成形件的树脂内。
Description
技术领域
本发明涉及用于连接电路和光纤的光电耦合组件以及制造该光电耦合组件的方法。
背景技术
随着宽带通信系统的发展，联网的家电设备以及网络节点处的路由器越来越需要具有更高的速度和更大的容量。因此，对于光学互联的研究和实施正在增多。光学互联是这样一种连接方案：其用于在信号处理部分和信号传输部分之间的分界部分(接口)处执行光电转换，从而可以利用光纤技术的宽带容量实现高速度、高容量的传输。例如，日本专利申请公开No.2005-43622披露了一种技术，其中使用包括光电转换元件(光发射元件或者光接收元件)和光纤保持部件的光电耦合组件在光电转换部分将电路和光纤耦合在一起。
图11是示出将光纤线缆连接到根据日本专利申请公开No.2005-43622的光电耦合组件上的装配状态的剖视图。该光电耦合组件100包括具有保持孔102的成型件104，每个保持孔102构造成机械地保持光纤101，从而使得每根光纤101的光学输入/输出端面103从主面上露出。在成型件104的主面和侧面上设置有电气配线图案105，使得电气配线图案105的位于主面上的部分连接到电气配线图案105的位于侧面上的部分上。在光纤101的前方设置光半导体元件107，在光半导体元件107和光纤101之间设置绝缘膜106。光半导体元件107借助凸点108连接到电气配线图案105上。该专利公开声明，通过提供上述类型的电气配线图案，可以增加布置该光电耦合组件的自由度。然而，固有地很难以连续的方式在物体表面上形成电气配线图案，从而使得配线图案在三个维度上准确地定位。
发明内容
本发明的目的是提供能够在三个维度上准确定位电气配线图案的光电耦合组件及其制造方法。
为了达到该目的，本发明提供一种光电耦合组件，包括：(1)光电转换单元，其配备有光电转换元件；以及(2)成型件。所述成型件包括：前表面，其上安装所述光电转换单元；以及光纤插孔，其构造并设置成其中插入光纤以使得所述光纤的末端面向所述光电转换元件的活性层。导线嵌入成型到所述成型件中。所述导线具有：第一表面，其从所述成型件的前表面露出并电连接到所述光电转换元件；第二表面，其从所述成型件的侧面露出，所述侧面与所述成型件的前表面邻接；以及接合部，其宽度沿远离所述成型件的前表面的方向增大。所述接合部的至少一部分包含在形成所述成型件的树脂内。所述导线的“宽度”是所述导线在与所述导线的长度方向和远离所述成型件的前表面的方向垂直的方向上的尺寸。
本发明的另一方面提供制造光电耦合组件的方法，所述光电耦合组件包括：(1)光电转换单元，其配备有光电转换元件；以及(2)成型件，其配备有：光纤插孔，其构造并设置成其中插入光纤从而使得所述光纤的末端面向所述光电转换元件的活性层；前表面，其上安装所述光电转换单元；以及导线，其电连接到所述光电转换元件并且具有接合部，所述接合部的宽度沿远离所述成型件的前表面的方向增大。在该制造方法中，(1)将导线框架嵌入成型到所述成型件的前表面内，使得所述接合部包含在形成所述成型件的树脂内，所述导线的第一表面从所述成型件的前表面露出；以及(2)切割所述导线框架，使得所述导线的第二表面从与所述成型件的前表面邻接的所述成型件的侧面露出。
在根据本发明的光电耦合组件及其制造方法中，可以接受的是，通过采用蚀刻法在所述导线框架中形成导线形成图案来形成所述接合部。另外可以接受的是，所述导线构造成其厚度是变化的。可以通过蚀刻或者镀覆来实现所述导线的厚度变化。可以接受的是，第一表面的宽度沿垂直于所述宽度的方向变化。所述导线的“厚度”是所述导线在与所述成型件的前表面垂直的方向上的纵向尺寸。
附图说明
图1是根据本发明实施例的光电耦合组件的成型件的透视图。
图2是沿图1中的线II-II截取的光电耦合组件的局部剖视图并且示出光电耦合组件的末端。
图3是在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线框架的平面图。
图4A和图4B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线实例的剖视图。
图5A和图5B是示出在图4A和图4B中示出的导线的嵌入成型状态的剖视图。
图6A和图6B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的具有镀覆表面的导线实例的剖视图。
图7是根据本发明实施例的光电耦合组件的成型件的纵向剖视图。该剖切面位于与光纤插孔平行并且包括导线的平面内。
图8A和图8B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线的另一些实例的剖视图。
图9A和图9B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线的另一些实例从成型件的前面看到的正视图。
图10是示出在根据本发明的制造光电耦合组件的方法的实施例中处于嵌入成型状态的光电耦合组件的剖视图。
图11是示出装配有光纤的传统光电耦合组件的剖视图。
具体实施方式
通过下面的描述、所附权利要求书和附图可以更清楚地了解本发明的上述特点和其它特点、方面以及优点。在描述附图时，相同的附图标记用于相同的元件并且省略重复的说明。
图1是根据本发明实施例的光电耦合组件的成型件的透视图。该光电耦合组件10包括：本体(成型件)20，其整体形状大致为立方体形；以及光电转换单元40，其安装到本体20的前表面21上。本体20具有多个光纤插孔24，每个光纤插孔构造并设置成接受穿过其中的光纤11，而光纤的末端11b面向光电转换单元40的光电转换元件的活性层(active layer)。本体20还具有其上安装光电转换单元40的前表面21。电气配线图案部分23设置在本体20的前表面21以及与前表面21邻接的侧面22(例如顶面和底面)上。电气配线图案部分23包括交替排列的短电气配线23a和长电气配线23b。光纤插孔24设置在短电气配线23a之间。
图2是沿图1中的线II-II截取的光电耦合组件10的局部剖视图并且示出该光电耦合组件10的末端。光电转换单元40具有光电转换元件41，光电转换单元40的活性层42设置为面向本体20的光纤插孔24。光电转换单元40设置有用于向活性层42供电或者传送来自活性层42的信号的电极43。当将光电转换单元40安装到本体20的前表面21上时，电极43与本体20的电气配线图案部分23接触。
图3是在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线框架的平面图。导线框架30具有将成为电气配线图案部分23的导线形成图案31。导线形成图案31具有将成为短电气配线23a的短导线31a和将成为长电气配线23b的长导线31b。切除了导线框架30的空间33设置在导线31a和31b之间及其外侧。在成型时，树脂59填充空间33，并且导线框架30嵌入成型到本体20中。用于定位导线框架30的定位孔32设置在导线形成图案31的四个角处。
导线31a和31b是纤细的(非常窄)。例如，如果光纤11的布置间距为250μm，那么导线31a和31b的宽度大约为50μm。因此，难以确保嵌入成型的导线的剪切强度。此外，在嵌入成型处理之后，根据成型件20的形状切割导线31a和31b，导线31a和31b的切割表面从侧面22露出以形成电极端子36。因为每个电极端子36的切割表面的表面积仅仅是导线厚度和导线宽度的乘积，所以存在这样的可能性：即如果仅使用这些切割表面作为接触面，那么在制成的光电耦合组件中将产生不良的电气连接。
因此，在根据本实施例的光电耦合组件中，每根导线31a和31b都构造并设置成具有：第一表面，其从成型件20的前表面21露出并电连接到光电转换元件；以及第二表面，其从成型件20的侧面22露出，该侧面22与前表面21邻接。此外，通过为每根导线31a和31b提供宽度为W1的加宽部43并且该宽度W1比导线在成型件20的前表面21处的宽度W0更宽，从而形成宽度沿远离成型件20的前表面21的方向增大的接合部。导线31a和31b嵌入成型到成型件20的前表面21中，使得每根导线的接合部的至少一部分包含在形成成型件20的树脂20a内。另外，从导线框架30中切断导线31a和31b，以使得每根导线的端面(构成每根导线的一部分)从成型件20的与前表面21邻接的侧面22露出。
图4A和图4B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线实例的剖视图，图5A和图5B是示出导线的嵌入成型状态的剖视图。图4A和图5A示出具有梯形横截面形状的导线31a或31b。梯形的底边具有大于顶边的宽度并且构成加宽部34。这样，整根导线31a或31b形成接合部37。嵌入成型的导线31a或31b的顶边从树脂20a露出，接合部37的一部分嵌入树脂20a中。以这样的方式，导线31a或31b可靠地嵌入成型到成型件20的前表面21内。
图4B和图5B示出具有六边形横截面形状的导线31a或31b。加宽部34设置在中部，这样，从前表面21到中部的部分形成接合部37。嵌入成型的导线31a或31b的顶边从树脂20a露出，接合部37的一部分嵌入树脂20a中。以这样的方式，导线31a或31b可靠地嵌入成型到成型件20的前表面21内。
例如，通过在薄铜片的一侧形成掩模薄膜并从一侧蚀刻铜片，可以容易地形成图4A所示的导线31a或31b的接合部。例如，通过在薄铜片的两侧形成掩模薄膜并从两侧蚀刻铜片，可以容易地形成图4B所示的导线31a或31b的接合部。
优选的是，在准备配线结合的过程中，在进行嵌入成型以后在导线31a和31b的表面上施加镀层。图6A和图6B示出表面上施加有镀层35的图4和图5所示每根导线31a或31b的剖视图。镀层35包括使用非电解镀法施加到导线31a或31b的表面上的镍(Ni)层(第一施加层)和金(Au)层(第二施加层)。
另外可以接受的是，导线构造成其厚度是变化的。图7是光电耦合组件10的成型件20的纵向剖视图。剖切面位于与光纤插孔24平行并且包括导线31a或31b的平面内。导线31a或31b的顶端和底端部分的厚度T1大于一般部分的厚度T0，这样从成型件20的侧面22露出的电极端子36更大。以这样的方式增加导线31a或31b在顶端和底端的厚度，使得当在导线31a或31b上施加竖直的力(向上或者向下的力)时，导线31a或31b更加难以从成型件20上脱离。增加的厚度还使得更容易实现配线结合并能够以可靠的方式完成三维配线，从而增加在封装构造方面的自由度。这样，当将光电耦合组件10安装到基板(未示出)上时，导线31a和31b的端面，即电极端子36，以可靠的方式与基板的端子接触。
可以通过蚀刻或者镀覆来实现导线的厚度变化。当通过蚀刻实现厚度变化时，对导线框架施加半蚀刻，从而使得导线31a和31b的除端部以外的部分变得更薄。
图8A和图8B是示出在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线的另一些实例的剖视图。图8A所示的导线31a或31b构造成具有缩窄部60，该缩窄部的宽度W2小于导线在导线框架30的表面30a处的宽度W0。图8B所示的导线31a或31b具有波纹管状横截面形状。在两种情况下都可以得到宽度沿远离前表面21的方向增大的接合部37。制造图8A和图8B所示导线的方法与制造图4所示导线的方法相同。
图9A和图9B是示出当从成型件20的前表面21(导线的第一表面)观看时，在根据本发明的光电耦合组件中使用的导线的另一些实例的正视图。可以接受的是，第一表面的宽度在与宽度垂直的方向上变化。在图9A所示的实例中，导线31A彼此之间相隔预定间距地排列在成型件20的前表面21中，光纤插孔24设置在导线31A之间。每根导线31A构造成其在前表面21上的宽度在前表面21平面中沿着与宽度方向垂直的方向变化。更具体地说，每根导线31A在上侧具有加宽部D1，在沿所述垂直方向(图9B中的竖直方向)的下侧具有加宽部D2。此外，每根导线31A在沿竖直方向的中间部分具有缩窄部D3。相反地，在图9B所示的实例中，每根导线31B构造成其在上侧具有缩窄部D4，并沿所述垂直方向(图9B中的竖直方向)在下侧具有缩窄部D5。此外，每根导线31B在沿竖直方向的中间部分具有加宽部D6。
导线31B构造成其宽度在导线表面的平面内沿垂直于导线31B宽度的方向变化，使得当在导线表面的平面内沿垂直于导线31B宽度方向的方向向导线31B施加力时，导线31B更加难以从成型件20上脱离。可以接受的是，导线宽度的变化是连续的或者是不连续的。可以例如通过蚀刻制造宽度变化的导线。
现在说明在根据本发明的制造光电耦合组件的方法中使用的模具。图10是示出在根据本发明的制造光电耦合组件的方法实施例中处于嵌入成型状态的光电耦合组件的剖视图。模具50具有上模51和下模52。当上模52和下模52组合在一起时在内部形成模腔53，该模腔用于形成光电耦合组件10的本体20。通过定位销57将第二滑动型芯56固定在上模51和下模52的前侧(图10中的左侧)，使该第二滑动型芯面向第一滑动型芯55。第一滑动型芯56形成成型件20的前表面21，光纤11的末端11a从该前表面露出。
第一滑动型芯55具有用于形成成型件20中的插孔24(光纤11将穿过该孔)的多个芯销54，并且该第一滑动型芯55插入在上模51和下模52之间。用于调整第一滑动型芯55的高度的突出部58设置在下模52的中间部分内部，从而可以调整第一滑动型芯55的竖直位置。突出部58设置为通过从下方支撑第一滑动型芯55来调整第一滑动型芯55的高度。突出部58还形成粘接剂注入口，通过该注入口注入粘接剂以固定光电耦合组件内的光纤11。
现在说明根据本发明的光电耦合组件的制造方法。在该制造方法中，每根导线具有接合部并向设置为面向相应光纤的光电转换元件供电，将上述导线嵌入成型到成型件的前表面和与前表面邻接的侧面中，该成型件构造成使光纤穿过其中并使光纤的末端从前表面露出。将导线框架30嵌入成型到成型件20的前表面21中，从而使得每根导线的接合部的至少一部分包含在形成成型件20的树脂20a中，而每根导线的第一表面从前表面21露出。这样，可以防止导线31a和31b从成型件20的前表面21上脱离。此外，切割导线框架30，使得每根导线31a或者31b的第二表面从与成型件20的前表面21邻接的成型件20的侧面22露出。这样，可以容易地制造三维配线图案。
下面将更详细地阐述该制造方法。如图10所示，通过装配两个模51和52形成模具50，这样形成用于形成成型件20的模腔53。将导线框架30和第二滑动型芯56安装到上模51和下模52的前表面51a和52a上，并且通过定位销57定位。将突出部58的高度调整到预定高度并插入第一滑动型芯55。通过将芯销54的末端插入到设置在第二滑动型芯56内的芯销定位孔56b中来定位第一滑动型芯55。然后，将树脂20a注入到模具50的模腔53内并嵌入成型导线框架30以形成成型件20。当完成这些步骤之后，如上所述，导线31a和31b的加宽部34包含于树脂20a的内部。
当注入树脂20a并完成导线框架30的嵌入成型时，将第一滑动型芯55和第二滑动型芯56彼此分离并从模具中取出成型件20。接下来，根据前表面21的尺寸切割嵌入成型于成型件20的前表面21中的导线框架30。然后，抛光从侧面22露出的端面并依次使用镍和金镀覆该端面以形成电极端子36。最后，将光电转换单元40安装到成型件20的前表面21上，从而使光电转换元件41的活性层42位于光纤插孔24的正前方并使电极43与电气配线图案部分23(即导线31a和31b)接触。通过以该方式制造光电耦合组件10，本体20的前表面21形成为倾斜的并可改善传输性能。
如上所述，在根据本发明的光电耦合组件及其制造方法中，在用于电连接到光电转换单元的导线的横截面内提供接合部，并将导线嵌入成型到成型件的前表面内。导线形成为使接合部的至少一部分包含于成型件的树脂内。结果，在将导线嵌入成型之后，树脂可以防止导线脱离。另外，由于每根导线的一部分都设置成从与成型件的前表面邻接的侧面露出，因此可以容易并可靠地形成三维电气配线图案。
根据本发明的光电耦合组件及其制造方法可以作为如下光电耦合组件及其制造方法，即：该光电耦合组件用于将穿过设置在成型件内的插孔的多根光纤连接到设置在成型件前表面上的光电转换单元，并使光电转换单元面向插孔。
虽然已经结合上述目前认为最实际的和最优选的实施例描述了本发明，但是本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种变型和等同构造。
2006年10月19日提交的日本专利申请No.2006-284845的包括说明书、权利要求书、附图和摘要在内的全部内容通过引用并入本文。
Claims (10)
1.一种光电耦合组件，包括：
光电转换单元，其配备有包括活性层的光电转换元件；以及
成型件，其具有由树脂制成的本体，并包括：
光纤插孔，其构造并设置成其中插入光纤，以使得所述光纤的末端面向所述光电转换元件的活性层；
前表面，其上安装所述光电转换单元；
侧面，其与所述前表面邻接；以及
导线，其嵌入成型到所述成型件中，所述导线具有：
第一表面，其从所述成型件的前表面露出并电连接到所述光电转换元件；
第二表面，其从所述成型件的侧面露出；以及
接合部，其宽度沿远离所述成型件的前表面的方向增大，所述接合部的至少一部分包含在形成所述成型件的树脂内。
2.根据权利要求1所述的光电耦合组件，其中，
所述导线的厚度是变化的。
3.根据权利要求2所述的光电耦合组件，其中，
通过镀覆实现所述导线的厚度变化。
4.根据权利要求1所述的光电耦合组件，其中，
所述第一表面的宽度沿垂直于所述第一表面的宽度的方向变化。
5.一种制造光电耦合组件的方法，包括：
提供光电转换单元，所述光电转换单元配备有包括活性层的光电转换元件；
提供由树脂制成的成型件的本体，所述本体具有：光纤插孔，所述光纤插孔构造并设置成其中插入光纤，以使得所述光纤的末端面向所述光电转换元件的活性层；前表面，其上安装所述光电转换单元；以及侧面，其与所述前表面邻接；
通过在成型所述本体时将导线框架嵌入成型到所述本体中，以在所述成型件的本体上形成导线，从而使得所述导线的第一表面从所述本体的前表面露出并电连接到所述光电转换元件，所述导线包括宽度沿远离所述前表面的方向增大的接合部，所述接合部的至少一部分包含在所述本体的树脂内；以及
切割所述导线框架，从而使得所述导线的第二表面从所述本体的侧面露出。
6.根据权利要求5所述的制造光电耦合组件的方法，还包括：
通过采用蚀刻法在所述导线框架中形成导线形成图案来形成所述接合部。
7.根据权利要求5所述的制造光电耦合组件的方法，其中，
形成所述导线的步骤包括：形成所述导线，使得所述导线的厚度是变化的。
8.根据权利要求7所述的制造光电耦合组件的方法，其中，
形成所述导线的步骤包括：形成所述导线，使得通过蚀刻实现所述导线的厚度变化。
9.根据权利要求7所述的制造光电耦合组件的方法，其中
形成所述导线的步骤包括：形成所述导线，使得通过施加镀层实现所述导线的厚度变化。
10.根据权利要求5所述的制造光电耦合组件的方法，其中，
形成所述导线的步骤包括：形成所述导线，使得所述第一表面的宽度沿垂直于所述第一表面的宽度的方向变化。
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