CN101821915B - 光电转换组件、其组装方法及使用该组件的光电信息处理器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是获得一种可以在将插芯安装到电路基板上之后插入光纤的组件。本发明提供一种光电转换组件(100)，其中，至少插芯(33)和电气部件(57)安装到已经安装有外部电极(63)的电路基板(35)上；在所述插芯(33)中在安装光电转换器件(31)的一个端面上的与光电转换器件(31)的活性层对应的位置形成光纤插孔；以及将插芯(33)的光电转换器件(31)电连接至电气部件(57)。在插芯(33)中，光纤插孔的面对光电转换器件(31)的一个端面的开口被透明物质(61)堵塞，并且光纤插孔的除了另一端面的部分被成型树脂(55)一体地覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及可以在安装到电路基板上之后连接光纤的光电转换组件、组装该光电转换组件的方法、及使用该光电转换组件的光电信息处理器。
背景技术
随着LSI间信号的速度更高，变得难以解决电传输带来更大噪音和能耗的问题。考虑到这些问题，已经尝试了利用基本上无电磁干扰和频率相关损耗(frequecy-dependent loss)的光来执行LSI间传输。例如，日本专利申请公开No.2006-59867描述了如下的光电转换头(光电转换组件)：其用于LSI间光学传输并设置有光电转换器件和插芯，插芯与导线嵌入成型并且光纤插入到插芯中。在该光电转换组件中，在不使用透镜或其它光学部件的情况下，将光电转换器件和光纤直接进行光学连接。在该情况下，光电转换器件是光发射器件(例如，竖直腔面发射激光器(VCSEL))或者光探测器件。
图10是这种传统光电转换组件的主要部分的剖视图，示出在制造该光电转换组件期间在将树脂成型时树脂的流动。光电转换组件1以如下方式来制造：首先将光电转换器件9安装到具有通孔(光纤插孔)7的插芯3上，光纤(或光波导)5将穿过通孔7插入。在该情况下，例如通过对Au凸点11进行热压焊接将光电转换器件9和插芯3的电极(未示出)连接在一起。接下来，将光纤5插入到插芯3中。从而将光纤5定位在光电转换器件9中。最后，使用树脂(未示出)将插芯3和光电转换器件9成型。
将光纤5已经插入其中的光电转换组件1安装在电路基板(未示出)上，并经由结合引线将光电转换组件1与光电转换器件驱动IC(驱动器、接收器等)连接。然后，使用树脂将光电转换器件9、光电转换器件驱动IC和电路基板一体地成型。对于该光电转换组件1，因为光纤5直接插入并连接至要安装到电路基板上的插芯3，因此可以期望更小的尺寸和更低的成本。
然而，与普通电气部件不同，因为已安装的光纤5的覆盖树脂在高温下会劣化，光电转换组件1不能利用诸如回流焊接等高温加热工序安装到电路基板上。此外，在将安装有光电转换组件1的组件(即，使用树脂将光电转换器件、插芯和电路基板一体地成型于其中的组件)组装到装置侧基板中时，出于相同的原因，不能使用高温加热法进行安装，并且这会阻碍光电信息处理器的大规模生产。相反，如果省略光纤5的安装，则如图10中的箭头所示，用于将光电转换器件9、插芯3和电路基板成型的树脂从光纤插孔7的形成于插芯3的一端3a处的开口7a进入并随后阻碍光纤5的插入。
专利文献1：日本专利申请公开No.2006-59867
发明内容
本发明的目的在于提供即使在将插芯安装到电路基板上之后也可以插入光纤的光电转换组件，提供该光电转换组件的组装方法，并且提供具有该光电转换组件的光电信息处理器。
解决问题的方案
为了达到上述目的，提供一种光电转换组件，包括：插芯，其具有贯穿的光纤插孔；透明物质，其用于堵塞所述光纤插孔的位于所述插芯的一个端面上的开口；光电转换器件，其具有活性层，所述光电转换器件安装在所述一个端面上从而使所述活性层面对所述开口；电气部件，其与所述光电转换器件电连接；以及电路基板，其用于安装所述插芯和所述电气部件。
所述透明物质可以是透明膜。优选的是，所述透明膜是由硬层和软层构成的双层结构，并且所述软层布置在所述插芯侧。所述透明物质可以是粘接剂或各向异性导电膜。
在这些光电转换组件中，优选的是，所述插芯的除了所述光纤插孔之外的部分被成型树脂一体地覆盖。在该情况下，优选地，所述插芯中的与所述成型树脂间隔开地设置的区域中具有树脂注入口，所述树脂注入口构造成用于注入树脂以固定所述光纤。
在这些光电转换组件中，优选的是，所述插芯具有夹持装置，所述夹持装置用于保持插入到所述光纤插孔中的光纤并防止所述光纤向后移出。此外，在这些光电转换组件中，优选的是，所述光纤插孔的一部分是用于容纳所述光纤的弯曲部分的弯曲光纤容纳空间。
根据本发明的另一方面，提供一种光电转换组件的组装方法，包括如下步骤：使用透明物质将光纤插孔的位于插芯的一个端面上的开口堵塞；刺破所述透明物质并将光电转换器件的凸点与形成于所述一个端面上的电极电连接；将电气部件和所述插芯安装到安装有外部电极的电路基板上；以及用成型树脂将所述插芯的除了所述光纤插孔的位于另一端面上的开口之外的部分、所述光电转换器件和所述电气部件与所述电路基板一体地覆盖。
根据本发明的另一方面，提供一种光电信息处理器，所述光电信息处理器具有安装在装置侧基板上的本发明光电转换组件，所述光电信息处理器通过在将所述光电转换组件安装到所述装置侧基板上之后将切断的光纤插入到所述光电转换组件的光纤插孔中来进行组装。
本发明的优点
采用本发明的光电转换组件，透明物质防止成型树脂从开口进入光纤插孔中，并且可以在插入光纤之前一体地形成光电转换器件、插芯、电气部件和电路基板。可以在将插芯安装到电路基板上之后再插入光纤，并且还可以在将光电转换组件本身安装到装置侧基板上之后再插入光纤。因为与已经插有光纤的传统光电转换组件相比，可以利用例如回流焊接法等高温加热工序来执行安装到装置侧基板或电路基板上的安装步骤并在执行安装步骤之后利用树脂成型法，因此可以改善生产率。采用根据本发明的光电转换组件的组装方法，可以获得允许随后组装光纤的光电转换组件。采用根据本发明的光电信息处理器，可以利用例如回流焊接法等高温加热工序将光电转换组件安装到装置侧基板上，并且可以改善生产率。
附图说明
图1是示出根据本发明的光电转换组件的实施例的侧视图。
图2是图1的光电转换组件的局部放大图。
图3是在插入光纤之后开口附近区域的实例的放大图。
图4是示出本实施例的光电转换组件的插芯的修改例的剖视图。
在图5中，区域(a)是沿着光纤的布置表面截取的剖视图，示出本实施例的光电转换组件的插芯的另一修改例，并且区域(b)是与布置表面垂直地截取的剖视图。
图6是示出本实施例的光电转换组件的透明物质的修改例的剖视图。
在图7中，区域(a)至(d)示出光电转换组件100的组装方法的步骤的概念图。
图8是示出设置有多个电极的插芯的端面的实例的透视图。
图9是示出本发明的光电信息处理器的实施例的主要部分的侧视图。
图10是示出在传统光电转换组件中在成型树脂时树脂流动的主要部分的平面剖视图。
具体实施方式
下面，参考附图描述本发明的实施例。附图是描述性的，而不是为了限制本发明的范围。附图中的相同部件采用相同的附图标记以避免重复描述。附图中的尺寸比例不一定是精确的。
图1是示出根据本发明实施例的光电转换组件100的侧视图。光电转换组件100具有安装在电路基板35的表面上的插芯33和电气部件57。在电路基板35的另一表面上形成外部电极63。电气部件57、插芯33的一部分、以及电路基板35的安装有部件的表面侧被成型树脂55覆盖。可以在后续的步骤中将光纤连接至光电转换组件100。
电气部件57是例如光电转换器件驱动IC(驱动器、变压器阻抗放大器等)。电气部件57经由结合引线65与插芯33和电路基板35连接。插芯33由含有从如下群组中选择的任一树脂的材料制成，该群组包括聚酯树脂、PPS树脂和环氧树脂。
图2是光电转换组件100的局部放大图。多个引出电极49作为电路平行地布置在插芯33的连接表面43上，电极49延伸至并连续地形成在与连接表面43邻接的相交表面(图2的上表面)上。在插芯33的连接表面43上安装有光电转换器件31。
光电转换器件31是例如VCSEL或光电二极管(PD)。在光电转换器件31的连接表面37上布置有多个活性层39。活性层39具有沿着活性层39布置的用作连接端子的多个Au凸点41。通过将凸点41连接至电极49而将光电转换器件31安装到插芯33上。Au凸点可以借助超声波压力焊接法固定到电极49上。
与活性层39对应地在插芯33的连接表面43上布置用于定位并保持光纤45的多个光纤插孔47。在插芯33的另一端面48上，光纤插孔47是用作光纤入口51的开口。
结合引线65连接至插芯33的电极49。换句话说，电气部件57经由插芯33上的电极49电连接至光电转换器件31。通过将插芯33成型在电路基板35上，可以为光电转换器件31供应电力并且使该光电转换器件31经由电气部件57输出信号。此外，插入到插芯33的光纤插孔47中的光纤45与光电转换器件31的活性层39光学连接。
在光电转换组件100中，插芯33的开口52被透明物质61堵塞。采用这种构造，可以防止在将树脂55成型时成型树脂55从开口52进入光纤插孔47中。从而可以在后续步骤中安装光纤45，并且可以利用诸如回流焊接法等高温加热工序来安装光电转换组件100，而这对于预先安装了光纤45的传统组件而言是困难的。
在光电转换组件100中，插芯33的除了光纤入口51之外的部分53与光电转换器件31、电路基板35和电气部件57一体地被成型树脂55覆盖。相应地，因为增强了光电转换器件与插芯之间的结合强度，对插芯与电气部件之间的结合引线提供了保护，并且在电路基板上安装了外部电极，所以可以容易地在将光电转换组件作为部件安装到装置侧基板上之后安装光纤。
透明物质61是光电转换组件100中的透明膜。通过使用该透明膜作为透明物质61，可以将透明物质61容易地安装到开口52中。换句话说，由于作为形成于结合表面上的粘接剂层，膜可以有助于安装步骤。可以通过膜在厚度方向上的弹性来吸收在插入和组装光纤期间的冲击，并可以防止对光电转换器件31造成损坏。透明膜61的材料实例包括丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、硅树脂和烯烃树脂。硅树脂尤其耐高温并且不会在用于进行电子封装的回流焊接温度下劣化。整个透明膜可以由粘接剂制成。这样，可以期望得到增强插芯与光电转换器件之间的结合强度的优点。
透明膜61优选地设置为多个光纤插孔47共用的单个膜。在单个工序中用单个透明膜61覆盖多个光纤插孔47，这有助于组装操作。
透明膜61优选地具有抑制由于光向回传播而造成的噪音的功能。透明膜61可以是折射率匹配膜。如日本专利申请公开No.2006-59867所述，因为透明膜61不一定必须与光纤45的折射率完全匹配，所以会剩余少量残留反射。由于透明膜61的折射率高于周围空气的折射率，因此残留的反射光在分界部反射至内部并且被限制在透明膜61内。残留的反射光变成向回传播的光，增加了VCSEL的噪音水平，并且在进行非常高速的传输时使得抖动(jitter)等增加。优选的是在与透明膜61的空气-膜分界部对应的部分设置光吸收树脂，以便解决限制光的问题。
图3是在插入光纤45之后开口52附近的区域的实例的放大图。在该实例中，透明膜61是由硬层66和软层47构成的双层结构，并且软层67布置在插芯33侧。软层67用于容纳在切割光纤45时产生的凹陷部和凸出部以及突起部69，从而可以在光纤45与光电转换器件31之间形成良好的连接。此外，硬层66防止对活性层39等造成损坏。
与光电转换组件100一样(图2)，可以在插芯33中形成树脂注入口59，并且在该情况下，执行成型处理从而使树脂注入口59不被成型树脂55覆盖。因此，可以利用注入到树脂注入口59中的粘接剂来可靠地固定通过插入到插芯33中而安装到基板安装光电转换组件100上的光纤45。
图4是示出光电转换组件100的插芯的修改例的剖视图。插芯33B具有夹持装置71，该夹持装置用于保持插入到光纤插孔47中的光纤45并防止光纤45向后移出。夹持装置71的实例是从光纤入口51的边缘朝向光纤45的插入方向突出的多个弹性可挠曲的爪部71a。夹持装置71可以防止安装到已经安装基板的光电转换组件100上的光纤45向后移出，并且光纤45可以仅利用插入操作以简单的方式固定到光电转换组件100中。
在图5中，区域(a)是沿着光纤的布置表面截取的剖视图，示出光电转换组件100的插芯的另一个修改例；并且区域(b)是与布置表面垂直地截取的剖视图。插芯33C的各个光纤插孔47的一部分具有弯曲光纤容纳空间73，该弯曲光纤容纳空间用于容纳光纤45的弯曲部分75。弯曲光纤容纳空间73可以通过将光纤插孔47的前端侧的一部分的直径扩大来形成。当将在前端长度稍微参差不齐的状态下切割并平行地布置的多根光纤(尤其是光纤带)45插入并同时安装到插芯33C中(图5(a))，并且向内挤压这些光纤而使它们与布置在距前端最靠后的位置上的光纤45a对准时(图5(b))，突出较多的光纤45b的过量长度部分弯曲，形成弯曲部分75并容纳在弯曲光纤容纳空间73中。因此，在透明膜61与所有光纤的前端表面之间形成良好的连接。
图6是示出光电转换组件100的透明物质的修改例的剖视图。在该实例中，透明物质是各向异性导电膜61B。各向异性导电膜61B具有分散在折射率匹配膜中的金属颗粒，并且具有如下的特性：即，当各向异性导电膜保持在两个导电体之间并且被挤压或加热时导体之间的阻抗减小以提供导电性(SEI Technical Review，No.168，Page93)。使用各向异性导电膜61b作为透明物质，可以在不使用金属凸点的情况下将电极49和光电转换器件31电连接在一起并同时维持相邻电极49的绝缘。尤其优选的是使用针状镍纳米颗粒作为金属颗粒。因为少量针状镍纳米颗粒能将导体可靠地连接在一起，所以针状镍纳米颗粒的分散量较低并且可以保持高透明度。
下面，将描述光电转换组件100的组装方法。在图7中，区域(a)至(d)是示出光电转换组件100的组装方法的步骤的概念图。图8是示出设置有多个电极的插芯的端面的实例的透视图。如图7中(a)所示，为了组装光电转换组件100，首先用透明膜61将光纤插孔47的形成于插芯33的结合表面43中的开口52覆盖。
接下来，如图7中(b)所示，将透明膜61刺破(穿透)并且使光电转换器件31的凸点41与形成于插芯33的连接表面43上的电极49电连接。在该状态下，凸点41可以以仅刺破透明膜61的需要部分的方式与例如图8所示例的多个电极49连接。这样，可以在单次操作中用单个透明膜61覆盖连接表面43，不需要单独地覆盖光纤插孔47，从而可以以高效的方式来应用该膜61。
接下来，如图7中(c)所示，在安装有外部电极63的电路基板35上至少安装电气部件57和插芯33。一旦安装了电气部件57和插芯33，用结合引线65将电气部件57和插芯33的电极49、以及电气部件57和电路基板35的端子连接在一起。
最后，如图7中(d)所示，用成型树脂55一体地覆盖插芯33的除了位于另一端面48的光纤入口51之外的部分、光电转换器件31、结合引线65、电气部件57和电路基板35。从而获得可以随后连接光纤45的光电转换组件100。
在该制造方法中，可能在树脂成型期间进入光电转换器件31与插芯33之间的间隙的成型树脂55被透明膜61遮挡，并且不会进入光纤插孔47。由于透明物质被刺破并且凸点与电极连接，所以可以在单次操作中用透明物质将端面覆盖，并且由于不需要单独覆盖光纤插孔，所以可以改善处理性能。
图9是示出作为本发明实施例的光电信息处理器77的主要部分的侧视图。光电信息处理器77具有安装在装置侧基板79上的光电转换组件100，并经由外部电极63与装置侧基板79上的电路连接。
在光电信息处理器77中，已切断的光纤45可插入地组装在已安装到装置侧基板79上的光电转换组件100的光纤插孔47中。光电转换组件100可以借助例如回流焊接法等高温加热工序安装到装置侧基板79上从而提高生产率，而这对于传统组件而言是困难的。
如上所述，采用根据本发明的光电转换组件以及其组装方法，可以在将插芯33安装到电路基板35上之后插入光纤45，并且可以在将光电转换组件100本身安装到装置侧基板79上之后插入光纤45。可以利用例如回流焊接法等高温加热工序在电路基板35和装置侧基板79上安装部件(这对于已经插入了光纤45的传统组件而言是困难的)，并且还可以在执行了安装操作之后用树脂将组件成型从而提高生产率。
本申请基于2008年3月26日提交的日本专利申请(No.2008-081786)，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。
工业实用性
本发明的光电转换组件适于用作在LSI之间进行光学传输的光电转换组件。
Claims (10)
1.一种光电转换组件，包括：
插芯，其具有贯穿的光纤插孔；
透明物质，其构造成堵塞所述光纤插孔的位于所述插芯的一个端面上的开口；
光电转换器件，其具有活性层，所述光电转换器件安装在所述一个端面上从而使所述活性层面对所述开口；
电气部件，其与所述光电转换器件电连接；以及
电路基板，其构造成用于安装所述插芯和所述电气部件，
其中，所述光纤插孔的一部分是用于容纳插入到所述光纤插孔中的光纤的弯曲部分的弯曲光纤容纳空间，从而在所述透明物质与插入所述光纤插孔中进行组装的所有光纤的前端表面之间形成连接。
2.根据权利要求1所述的光电转换组件，其中，
所述透明物质是透明膜。
3.根据权利要求2所述的光电转换组件，其中，
所述透明膜是由硬层和软层构成的双层结构，并且所述软层布置在所述插芯侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换组件，其中，
所述透明物质是粘接剂。
5.根据权利要求1所述的光电转换组件，其中，
所述透明物质是各向异性导电膜。
6.根据权利要求1至3、5中任一项所述的光电转换组件，其中，
所述插芯的除了所述光纤插孔之外的部分被成型树脂一体地覆盖。
7.根据权利要求6所述的光电转换组件，其中，
所述插芯中的与所述成型树脂间隔开地设置的区域中具有树脂注入口，所述树脂注入口构造成用于注入树脂以固定光纤。
8.根据权利要求1至3、5中任一项所述的光电转换组件，其中，
所述插芯具有夹持装置，所述夹持装置保持插入到所述光纤插孔中的光纤并防止所述光纤向后移出。
9.一种光电转换组件的组装方法，包括如下步骤：
使用透明物质将光纤插孔的位于插芯的一个端面上的开口堵塞；
将所述光纤插孔的一部分形成用于容纳光纤的弯曲部分的弯曲光纤容纳空间；
刺破所述透明物质并将光电转换器件的凸点与形成于所述一个端面上的电极电连接；
将电气部件和所述插芯安装到安装有外部电极的电路基板上；
用成型树脂将所述插芯的除了所述光纤插孔的位于另一端面上的开口之外的部分、所述光电转换器件和所述电气部件与所述电路基板一体地覆盖；以及
在所述透明物质与插入到所述光纤插孔中进行组装的所有光纤的前端表面之间形成连接。
10.一种光电信息处理器，所述光电信息处理器具有安装到装置侧基板上的根据权利要求1至8中任一项所述的光电转换组件，所述光电信息处理器通过在将所述光电转换组件安装到所述装置侧基板上之后将切断的光纤插入到所述光电转换组件的光纤插孔中来进行组装。
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