CN101975980A

CN101975980A - 光通信模块及其制造方法

Info

Publication number: CN101975980A
Application number: CN2010101852797A
Authority: CN
Inventors: 正野笃士
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp; Renesas Electronics Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: TW201111850A; US20100316338A1; CN101975980B; JP2011002477A

Abstract

本发明涉及光通信模块及其制造方法。光通信模块包括：CAN构件，该CAN构件包括导电管座构件和导电透镜帽，其中，光电器件被安装在导电管座构件，导电透镜帽保持与光电器件光耦合的光学透镜，在导通状态下与管座构件连接，并且覆盖光电器件的周围部分；导电圆柱支架，该导电圆柱支架位于透镜帽周围，通过绝缘树脂在绝缘状态下固定到CAN构件，并且设置有面向光学透镜的开口；和光学插座，该光学插座包括通过开口与光学透镜和光电器件光耦合的光学构件和将光学构件保持在内部的保持框。

Description

光通信模块及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请基于日本专利申请No.2009-142947，其全部内容通过引用被全部合并于此。

技术领域

本发明涉及光通信模块及制造该光通信模块的方法。

背景技术

光通信模块在管座上具有光电器件，该光电器件具有将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号的功能(例如，日本专利申请特开(JP-A)No.2008-177310，2007-133225，2008-096588和2008-116861)。光通信模块被称为光次组装件(OSA)，并且具有光学地耦合外部光纤线缆和光电器件的光学插座。

在安装OSA的装置，例如，收发器中，由主设备生成的噪声信号通过收发器的外壳地线传送到OSA。在OSA中，当外壳地线和信号地线共通时，由于噪声恶化信号，或由于静电放电(ESD)引起电路故障。为此，在OSA中，外壳地线和信号地线需要彼此绝缘。

要求OSA具有优良的辐射特性。

为此，需要具有电磁屏蔽属性和辐射属性作为抗噪声措施的光通信模块。

例如，在JP-A No.2008-177310中，公开了一种光学模块和安装该光学模块的光收发器。根据在JP-A No.2008-177310中公开的技术，在管座的中心部分和边缘部分间，插入环形绝缘部分以便使光学模块的信号地线和外壳地线彼此绝缘。管座的中心部分和边缘部分由金属材料形成，但通过绝缘部分彼此绝缘。光学器件位于管座的中心部分并且中心部分是信号地线。同时，将金属透镜帽固定到管座(stem)的边缘部分。透镜帽电连接到与外壳地线相连的金属光学插座。即，光学插座连接到外壳地线并与信号地线绝缘。为此，根据在JP-ANo.2008-177310中公开的技术，能将管座上的光学器件与外部电屏蔽。

根据在JP-A No.2008-177310中公开的技术，在管座的中心部分和边缘部分间插入绝缘部分。然而，由于绝缘材料通常具有低导热率，降低了在管座的中心部分上形成的热的辐射属性。

如此，在不降低光通信模块的辐射属性的情况下，难以获得电磁屏蔽属性。

发明内容

在一个实施例中，提供一种光通信模块，包括：：CAN构件，该CAN构件包括导电管座构件和导电透镜帽，其中，光电器件被安装在导电管座构件，导电透镜帽保持与光电器件光耦合的光学透镜，在导通状态下与管座构件连接，并且覆盖光电器件的周围部分；导电圆柱支架，该导电圆柱支架位于透镜帽周围，通过绝缘树脂在绝缘状态下固定到CAN构件，并且设置有面向光学透镜的开口；和光学插座，该光学插座包括通过开口与光学透镜和光电器件光耦合的光学构件和将光学构件保持在内部的保持框。

通过该光通信模块，导电透镜帽覆盖管座构件上的光电器件的周围部分，并且导电圆柱支架位于透镜帽的周围并通过绝缘树脂在绝缘状态下固定到CAN构件。为此，通过圆柱支架，能将安装在CAN构件的管座构件上的光电器件与圆柱支架的外部电磁屏蔽。

由于管座构件由通常具有良好导热率的导电材料形成，所以，与在管座构件的中心部分和边缘部分之间插入绝缘部分的情形相比，在管座构件上生成的热的辐射特性变得良好。

因此，在不降低光通信模块的辐射属性的情况下，能获得电磁屏蔽属性。

在另一实施例中，提供制造光通信模块的方法，包括通过绝缘树脂在绝缘状态下将圆柱支架固定到CAN构件。

根据本发明，在不降低光通信模块的辐射属性的情况下，能获得电磁屏蔽属性。

附图说明

从下述结合附图的某些优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、优点和特征将是显而易见，其中：

图1是示例说明根据第一实施例的光通信模块的正横截面图；

图2A-2C是示例说明制造根据第一实施例的光通信模块的方法的过程视图；

图3是示例说明根据比较例子的光通信模块的主要部分的结构和温度分布的图；

图4是示例说明根据第一实施例的光通信模块的主要部分的结构和温度分布的图；以及

图5是示例说明根据第二实施例的光通信模块的正横截面图。

具体实施方式

现在，将参考示例性实施例，描述本发明。本领域的技术人员将意识到使用本发明的教导，能实现许多另外的实施例，以及本发明不限于为说明目的而例示的实施例。

在下文中，将参考附图，说明本发明的实施例。注意在所有图中，任何类似的组成将指定相同参考数字或符号，以及将不重复说明。

[第一实施例]

图1是示例说明根据第一实施例的光通信模块100的正横截面图，以及图2A-2C是示例说明制造根据第一实施例的光通信模块的方法的过程视图。图4是示例说明根据第一实施例的光通信模块100的主要部分的结构和温度分布的图。具体地，图4在上部分中示例说明管座构件4的上表面的平面和管座构件4上的部件，在中间部分示例说明沿线B-B’所截取的管座构件4的截面，以及在下部分中示例说明沿线B-B’的温度分布。

根据第一实施例的光通信模块100具有CAN构件10、圆柱支架2和光学插座6。CAN构件10包括导电管座构件4和导电透镜帽5。在管座构件4上，安装光电器件(例如光接收元件41(参见图4))。透镜帽5保持与光电器件光学地耦合的光学透镜51。透镜帽5连接到管座构件4，从而变为导通状态，并且覆盖光电器件的周围部分。圆柱支架2具有导电性，并且位于透镜帽5周围。通过绝缘树脂3，在绝缘状态中将圆柱支架2固定到CAN构件10。在圆柱支架2中，形成面对光学透镜51的开口2a。光学插座6包括光学构件(例如短截插芯(stubferrule)64)和使光学构件保持在内部的保持框(例如支架61)。光学构件通过圆柱支架2的开口2a与光学透镜51和光电器件光学地耦合。

光通信模块100进一步具有插入保持框和圆柱支架2之间并使保持框和圆柱支架2彼此固定的导电套筒(Z轴套筒1)。

管座构件4的基座(稍后描述)、透镜帽5、光学插座6、圆柱支架2和Z轴套筒1的每一个由金属形成，在下文详细描述。

管座构件4具有以盘状形成的导电基座49。在基座49的一个表面上，如图4所示，安装电子器件，诸如光接收元件41、前置放大器IC(集成电路)42和电容器43。在管座构件4中，提供多个引线11。如图1所示，引线11穿过管座构件4并从管座构件4的另一个表面伸出。在引线11周围，形成使引线11和基座49彼此绝缘的绝缘部分48。

透镜帽5以圆柱形状形成并将光学透镜51保持在其一端侧的开口中。在透镜帽5中，另一端侧的开口的端是以凸缘形状形成的凸缘部分5a。通过焊接，使凸缘部分5a固定到管座构件4的一个表面。结果，透镜帽5使管座构件4上的每一电子器件密封在内部。

将凸缘部分5a的直径设置成小于管座构件4的直径，并且管座构件4的一个表面的边缘部分4a位于凸缘部分5a的外部。

由于管座构件4的基座49和透镜帽5具有导电性，所以是基座49的电势的信号地线与透镜帽5彼此电连接，并且基座49和透镜帽5变为具有相同电势。

以两端开口的圆柱形状形成圆柱支架2。例如，将圆柱支架2的一个开口2a形成为窄于另一开口2b。因此，在开口2a的边缘部分，形成固定稍后详细描述的Z轴套筒1的固定表面21。

圆柱支架2通过绝缘树脂3而被连接到CAN构件10。为此，圆柱支架2和CAN构件10彼此绝缘。

具体地，在圆柱支架2的内周和透镜帽5的圆柱部分的周围部分之间的间隔、圆柱支架2的端面(图1的下端面)和凸缘部分5a之间的间隔，以及圆柱支架2的端面(图1的下端面)和管座构件4的边缘部分4a之间的间隔，连续地形成绝缘树脂3。因此，绝缘树脂3被插入在圆柱支架2和CAN构件10之间，并且适当地抑制圆柱支架2和CAN构件10之间的接触状态。

作为绝缘树脂3，例如，使用UV硬化或热硬化材料。绝缘树脂3最好是时间变化小以及当金属彼此连接时连接强度强的材料。

放置圆柱支架2以便覆盖透镜帽5的几乎整个部分。

光学插座6包括支架61、壳体62、套筒63和充当光学构件的短截插芯64。以圆柱形状形成支架61。在支架61的内周，顺序地形成装配短截插芯64的一端并且保持短截插芯64的第一保持部分61a、容纳套筒63的一端的容纳部分61b、以及装配壳体62的一端并且保持壳体62的第二保持部分61c。将短截插芯64的另一端装配在圆柱套筒63的一端中。因此，支架61还通过短截插芯64保持套筒63。从支架61的容纳部分61b的内部到壳体62的内部，放置套筒63。壳体62以圆柱形状形成并被构造成从其前端侧插入光学连接器(未示出)。支架61和壳体62由导电材料(例如金属)形成。套筒63可以由导电材料(例如金属)或绝缘材料形成。

以圆柱形状形成Z轴套筒1并且其一端变为具有凸缘形状的凸缘部分1a。凸缘部分1a通过点焊固定到圆柱支架2的固定表面21。光学插座6的支架61的一部分被装配在Z轴套筒1的内周中。Z轴套筒1的内周和支架61的该部分通过点焊而固定。即，Z轴套筒1被点焊到支架61和圆柱支架2，并使支架61和圆柱支架2彼此固定。作为点焊，可以应用YGA焊接。

在短截插芯64中设置光纤(未示出)。光纤通过圆柱支架2的开口2a与光学透镜51光学地耦合，并且通过光学透镜51与CAN构件10中的光接收元件41光学地耦合。

在套筒63的中空部分中，将光学连接器(未示出)的插头插芯插入到未放置短截插芯的部分中。在插头插芯中设置光纤。当插头插芯插入套筒63中并且使插头插芯的前端面碰到短截插芯64的前端面时，短截插芯64的光纤和插头插芯的光纤彼此光学地耦合。

在这种情况下，圆柱支架2、Z轴套筒1、支架61和壳体62的每一个都由金属形成，并且将Z轴套筒1点焊到圆柱支架2和支架61。因此，使圆柱支架2、Z轴套筒1、支架61和壳体62彼此电连接。

接着，将描述制造根据第一实施例的光通信模块的方法。制造光通信模块的方法是制造根据第一实施例的光通信模块100的方法，并且包括通过绝缘树脂3在绝缘状态中将圆柱支架2固定到CAN构件10的过程，在下文中，将详细地描述。

首先，将电子器件诸如光接收元件41、前置放大器IC 42和电容器43安装在管座构件4上。接着，使透镜帽5固定在管座构件4上，密封管座构件4上的电子器件，以及形成CAN构件10(参见图2A)。

接着，通过绝缘树脂3(参考图2B)，在绝缘状态中，将圆柱支架2连接到CAN构件10。

接着，通过Z轴套筒1，将先前组装的光学插座6的支架61连接到圆柱支架2。即，将Z轴套筒1点焊到支架61和圆柱支架2，并且支架61和圆柱支架2彼此固定(参考图2C)。

用这种方式，能制造光通信模块100。

如此，根据第一实施例，导电透镜帽5覆盖安装在管座构件4上的电子器件，诸如光接收元件41和前置放大器IC 42的周围部分。导电圆柱支架2位于透镜帽5周围，并且通过绝缘树脂3在绝缘状态中固定到CAN构件10。为此，通过圆柱支架2，能将安装在CAN构件10的管座构件4上的电子器件诸如光接收元件41和前置放大器IC 42与圆柱支架2的外部电磁屏蔽。因此，能可靠地使电子器件免于在圆柱支架2周围生成的噪声。

由于管座构件4由具有良好导热率的导电材料形成，与在管座构件4的中心部分和边缘部分之间插入绝缘部分的情形相比，从管座构件4上的电子器件生成的热的辐射特性变得良好。

图3是示例说明根据比较例子的光通信模块的主要部分的结构和温度分布的图。具体地，图3上半部分中示例说明管座构件44的上表面的平面和管座构件44上的部件，在中间部分中示例说明沿线A-A’所截取的管座构件44的截面，以及在下半部分中示例说明沿线A-A’的温度分布。根据比较例子的光通信模块具有与根据第一实施例的光通信模块100相同的结构，除在管座构件44中形成绝缘部分47外。即，如图3所示，管座构件44包括电子器件诸如光接收元件41、前置放大器IC 42和电容器43被安装的中心部分45、边缘部分46和插入在中心部分45和边缘部分46之间的环形绝缘部分47。因此，管座构件44的中心部分45和边缘部分46通过绝缘部分47彼此电绝缘。绝缘部分47被玻璃封接。

在图3和4中，下部分分别示例说明在管座构件44和4中的温度测量结果。

在图3中，管座构件44的端的温度是25℃。因为在玻璃封接的绝缘部分47中的辐射特性被恶化，所以，由于从前置放大器IC 42生成的热，前置放大器42的周边温度增加到约40℃。

同时，在根据第一实施例的光通信模块100中，如图4所示，由于在管座构件4中不存在具有与管座构件4的形状相同的同心圆形状的绝缘部分，所以热通过管座构件4扩散，并且前置放大器IC 42的温度保持在低于或等于35℃的温度。在这些实验中，将管座构件4和44的端的温度设定成25℃。然而，当环境温度增加时，前置放大器IC 42的热生成的量增加。因此，比较例子和第一实施例的温度差增加。

如此，根据第一实施例，在不降低光通信模块100的辐射属性的情况下，能获得电磁屏蔽属性。

在图3的结构中或在JP-A No.2008-177310中公开的结构中，由于在管座构件中存在绝缘部分，所以能安装电子器件的面积窄。特别地，如果将该结构应用于光接收次组装件(ROSA)，限制了可安装的电子器件的数量。

同时，在第一实施例中，由于在管座构件4中不存在具有与管座构件4的形状相同的同心圆形状的绝缘部分，所以不限制所安装的电子器件的数量。

根据在JP-A No.2008-116861中公开的技术，使用UV硬化树脂来连接插座和CAN构件。在该连接方法中，由于在使用树脂固定时的固化收缩，生成光耦合偏差。通常，由于UV硬化树脂的固化收缩率为百分之几至10％，所以，由于固化收缩引起的光耦合偏差的量变为几μm至10μm。例如，如在用于2.5G通信的PIN-PD中，当光接收直径为50μm大并且由于光耦合偏差引起的特性变化的影响小时，不产生问题。然而，如在用于10G通信的APD元件中，当光接收直径为约20μm小时，由于光耦合偏差引起的特性变化大，并且不优选当使插座和CAN构件彼此连接时使用树脂的方法。如在LD模块中，即使当由光输出引起约几μm的耦合偏差时，也不优选该方法。

同时，在第一实施例中，由于通过Z轴套筒1将光学插座6和圆柱支架2点焊并彼此固定，所以，在导通状态下，能高精度地简单地组装光学插座6、圆柱支架2和Z轴套筒1。通常，点焊的连接精度为1μm或更小。为此，能将光学插座6高精度地固定到圆柱支架2，并且能高精度地将光学插座6的短截插芯64与光学透镜51和光接收元件41光耦合。光通信速度从MHz级到GHz级，并且近年来，商业上使用10Gb/s的通信速度的光通信。当OSA是具有光接收元件41的P模块时，过去光接收元件41的光接收直径为50至

。然而，近年来，为了实现速度的增加，光接收直径减小到20至

。相对于具有小的光接收直径的光接收元件41，能高精度地光耦合光学插座6。

当光通信模块100被安装在光传输设备上时，能将圆柱支架2连接到外壳地线并且将管座构件4连接到信号地线。即，能使信号地线和外壳地线彼此电绝缘。

由于导电圆柱支架2通过绝缘树脂3连接到CAN构件10以便覆盖导电透镜帽5，所以能将外部电磁噪声释放到外壳地线。即，能通过圆柱支架2屏蔽外部电磁噪声。

近年来，随着安装OSA的装置的尺寸减小，还要求光通信组件具有小尺寸。

在JP-A No.2007-133225中公开的结构中，通过延长短截插芯，使外壳地线和信号地线彼此绝缘。即，在JP-A No.2007-133225中公开的插座模块具有第一支架和远离第一支架并与第一支架绝缘的第二支架。第一和第二支架通过绝缘短截插芯而在结构上彼此连接。通过使光轴方向中的短截插芯的长度增加对应于第一和第二支架之间的距离的量，实现第一和第二支架的绝缘。为此，根据在JP-ANo.2007-133225中公开的技术，插座的大小增加了短截插芯被延长的量。

在JP-A No.2007-133225中公开的结构中，插座的CAN构件(管座构件和帽)侧和CAN构件的金属部分被连接到信号地线，仅电绝缘插座的前端侧，并且将CAN构件连接到信号地线。为此，在JP-ANo.2007-133225中公开的结构中，难以有效地使CAN构件与周围部分电磁屏蔽。

同样地，在JP-A No.2008-096588中公开的结构中，通过具有绝缘构件的绝缘单元，将插座连接到CAN构件(器件单元)。通过钎焊或封接，使绝缘单元和插座彼此连接，并且通过钎焊或封接，还使绝缘单元与CAN构件彼此连接。在JP-A No.2008-096588中公开的技术中，由于仅电绝缘插座的前端侧，所以，难以有效地使CAN构件与周围部分电磁屏蔽。

同时，在第一实施例中，由于CAN构件10和圆柱支架2彼此绝缘，所以插座的长度不需要增加，能易于减小OSA的大小，并且能有效地使CAN构件10与周围部分电磁屏蔽。

[第二实施例]

图5是示例说明根据第二实施例的光通信模块200的正横截面图。

根据第二实施例的光通信模块200是传输侧OSA(TOSA)。根据第二实施例的光通信模块200在管座构件4上具有发光元件(LD；激光二极管)7和发光元件7的驱动器IC(未示出)，代替光接收元件41(见图1)和前置放大器IC 42。除该结构外，光通信模块200的结构与根据第一实施例的光通信模块100的结构相同。

在第二实施例中，由充当光电器件的发光元件7及其驱动器IC生成的电磁噪声能由连接到外壳地线的Z轴套筒1、圆柱支架2和光学插座6吸收。

相应地，在实际收发器中，能减小传播到在LD模块(TOSA)侧安装的光接收次组装件(ROSA)的噪声量，并且TOSA和ROSA能实现良好特性。

在图3的结构或在JP-A No.2008-177310中公开的结构中，由于在管座构件中存在绝缘部分，所以辐射特性不好。特别地，如果该技术用在光传输次组装件(TOSA)中，则辐射部分的大小被限制，并且不能充分地获得发光元件的辐射特性。

同时，在第二实施例中，由于在管座构件4中不存在具有与管座构件4的形状相同的同心圆形状的绝缘部分，所以，不产生上述问题。

在JP-A No.2007-133225中公开的结构中，如上所述，通过延长短截插芯，使外壳地线和信号地线彼此绝缘。因此，插座的大小增加。

在JP-A No.2007-133225中公开的结构中，如上所述，难以有效地将CAN构件与周围部分电磁屏蔽。因此，难以有效地屏蔽小的收发器，诸如SFP+(小型可插拔+)或是10Gb/s的可移动模块的工业标准的XFP(10千兆小型可插拔)中的发射侧(TOSA侧)生成的辐射噪声。

即使在JP-A No.2008-096588中公开的结构中，与在JP-ANo.2007-133225中公开的结构类似，也难以有效地屏蔽辐射噪声。

同时，在第二实施例中，由于使CAN构件10和圆柱支架2彼此绝缘，所以不需要增加插座的长度，能易于减小OSA的大小，并且能将CAN构件10与周围部分电磁屏蔽。

根据第二实施例，能获得与第一实施例相同的效果。

在第二实施例中，光通信模块200可以不具有用于发光元件7的驱动器IC。即使在这种情况下，由于在管座构件4中，不存在具有与管座构件4的形状相同的同心圆形状的绝缘部分，所以，来自发光元件7的热生成的辐射特性变得良好。

显而易见的是，本发明不限于上述实施例，并且在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以被改进和改变。

Claims

1.一种光通信模块，包括：

CAN构件，所述CAN构件包括导电管座构件和导电透镜帽，其中，光电器件被安装在所述导电管座构件，所述导电透镜帽保持与所述光电器件光耦合的光学透镜，在导通状态下与所述管座构件连接，并且覆盖所述光电器件的周围部分；

导电圆柱支架，所述导电圆柱支架位于所述透镜帽周围，通过绝缘树脂在绝缘状态下固定到所述CAN构件，并且设置有面向所述光学透镜的开口；和

光学插座，所述光学插座包括通过所述开口与所述光学透镜和所述光电器件光耦合的光学构件和将所述光学构件保持在内部的保持框。

2.如权利要求1所述的光通信模块，进一步包括：

导电套筒，所述导电套筒被插入在所述保持框和所述圆柱支架之间，并使所述保持框和所述圆柱支架彼此固定。

3.如权利要求2所述的光通信模块，

其中，所述保持框具有导电性。

4.如权利要求3所述的光通信模块，

其中，所述圆柱支架、所述套筒和所述保持框的每一个都由金属形成；以及

所述套筒被点焊到所述保持框和所述圆柱支架的每一个，并使所述保持框和所述圆柱支架彼此固定。

5.如权利要求1所述的光通信模块，

其中，所述光电器件是光接收元件。

6.如权利要求1所述的光通信模块，

其中，所述光电器件是发光元件。

7.一种制造根据权利要求1所述的光通信模块的方法，所述方法包括：

通过所述绝缘树脂在绝缘状态下将所述圆柱支架固定到所述CAN构件。