CN101999088B - 光通信模块 - Google Patents

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Abstract

为了减小光通信模块的尺寸，提供了一种光通信模块(1)，所述光通信模块包括：光电转换元件封装件(10)，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件(12)配装到所述光电转换元件封装件，从而面向树脂基座(11)的一侧(11a)；和光纤耦合器(20)，所述光纤耦合器包括光传输孔(20c)，用于在柱状部分(20a和20b)中耦合光纤，所述光纤耦合器安装在所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)，其中所述光电转换元件(12)和形成在所述光纤耦合器(20)中的所述光传输孔(20c)组装成与光轴(K)对准。在所述光电转换元件封装件(10)中，所述光电转换元件(12)配装到与所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)相对的另一侧(11b)，并且所述光电转换元件(12)布置在贯穿所述一侧(11a)和所述另一侧(11b)之间开设的孔(11c)的中心，与所述光轴(K)对准。

Description

光通信模块
技术领域
本发明涉及一种用于光纤与光电转换元件封装件彼此光学耦合的光通信模块。
背景技术
在可以利用光纤高速传输通过光电转换大量数字信息而获得的光学信息的光通信中，光通信模块用于光学耦合光纤与配装在光电转换元件封装件中的光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件。
作为这种光通信模块(光纤模块)，已经开发出各种结构形式。作为传统示例，存在一种包括光发射设备(或者光接收设备)和壳体的光纤模块(例如，参见引用文件1)。
图1是纵向截面图，示出了传统光纤模块。
图1所示的传统光纤模块100在上述专利引用文件1中公开，并且参照专利引用文件1进行简述。
如图1所示，传统光纤模块100包括：光发射设备(或光接收设备)110，其中光发射元件(或光接收元件)112和光发射IC(或光接收IC)113配装到基片111的一侧111a；和壳体120，所述壳体与光纤(未示出)耦合并安装在基片111的一侧111a。
在光发射设备110中，LED(发光二极管)等用作光发射元件112。另一方面，PD(光电二极管)等用作光接收元件112，并且光发射元件112或光接收元件112其中之一配装到基片111。
在壳体120中，柱状套筒120a与方形主体120b彼此连接并整体成形，其中柱状套筒120a具有形成于其中的光传输孔120a1，该光传输孔用于插入/拔出光纤(未示出)，所述方形主体120b具有形成于其中的阶梯凹部120b1，该阶梯凹部用于容纳光发射设备(或光接收设备)110。
用于密封与基片111连接的光发射元件(或光接收元件)112和光发射IC(或光接收IC)113的密封树脂121填充在壳体120的主体120b中的凹部120b1中，并且透明环氧树脂等用作密封树脂121。
引用文件中描述，在光发射设备(或光接收设备)110容纳在壳体120的主体120b中的凹部120b1中的时候，形成在主体120b中彼此相对的侧壁上的挂钩120b2与形成在基片111上与一侧111a相对的另一侧111b的上下部分上的凹口111b1接合，以使配装到基片111的光发射元件(或光接收元件)112与形成在壳体120的套筒120a中的光传输孔120a1具有相同的光轴K，从而允许减少组装光纤模块100的人工时间，并降低其成本。
专利引用文件1：日本专利申请公开No.2006-30813
发明内容
解决的技术问题
在传统光纤模块100中，由于主体120b形成比光发射设备(或光接收设备)110略大的方形，以便将光发射设备(或光接收设备)110容纳在壳体120的主体120b内的凹部120b1中，所以主体120b的尺寸增大且用于方形主体120b的模具成本升高，从而提高了光纤模块100的单位价格。
还需要用于填充密封树脂121的空间，以密封壳体120的主体120b内的凹部120b1中的光发射元件(或光接收元件)112和光发射IC(或光接收IC)113。为了保证该空间，需要在主体120b的凹部120b1中沿着光轴方向设置预定长度L1的间隙，从而增大了光纤模块100的总体长度L。
此外，密封树脂121变得昂贵，因为针对光发射元件(或光接收元件)112使用了传输性较高的树脂材料，并且需要时间来固结密封树脂121。因此，不能说这种组件性能良好。
因此，需要这样一种性能较高的光通信模块，这种光通信模块可以制作地较小，并且以便宜的单位价格将总体长度设置地较短，而不会导致光轴失准，其中光通信模块构造成包括光电转换元件封装件和光纤耦合器，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件配装到所述光电转换元件封装件，从而面向树脂基座的一侧，而所述光纤耦合器安装到所述树脂基座的所述一侧，用于与光纤耦合。
技术方案
本发明针对上述问题而提出，并且第一发明提供一种光通信模块，所述光通信模块包括光电转换元件封装件，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件配装到所述光电转换元件封装件，从而面向树脂基座的一侧；和光纤耦合器，所述光纤耦合器包括光传输孔，用于在柱状部分中耦合光纤，并且所述光纤耦合器安装在所述树脂基座的所述一侧，其中所述光电转换元件和形成在所述光纤耦合器中的所述光传输孔组装成与光轴对准，在所述光电转换元件封装件中，所述光电转换元件配装到与所述树脂基座的所述一侧相对的另一侧，并且所述光电转换元件布置在贯穿所述一侧和所述另一侧之间开设的孔的中心，与所述光轴对准。
根据第二发明，在符合第一发明的光通信模块中，所述光纤耦合器将形成为较长且直径较大的大直径柱状部分与形成为较短且直径较小的小直径柱状部分相连，从而在两个柱状部分内形成所述光传输孔，并且所述小直径柱状部分配装在所述树脂基座中开设的光传输孔中。
此外，根据第三发明，在符合第一或第二发明的光通信模块中，所述光纤耦合器设置有位于所述光传输孔中的成像透镜。
有益效果
本发明的光通信模块包括：光电转换元件封装件，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件配装到所述光电转换元件封装件，从而面对树脂基座的一侧；和光纤耦合器，所述光纤耦合器具有光传输孔，用于在柱状部分中耦合光纤，并且所述光纤耦合器安装在所述树脂基座的所述一侧，并且在所述光电转换元件和形成在所述光纤耦合器中的所述光传输孔组装成特别是与所述光电转换元件封装件中的所述光轴对准时，所述光电转换元件配装到与所述树脂基座的所述一侧相对的另一侧，并且所述光电转换元件布置在贯穿所述一侧和所述另一侧之间开设的孔的中心，与所述光轴对准。因此，配装到所述树脂基座的所述另一侧的光电转换元件和形成在所述光纤耦合器中的所述光传输孔可以组装成以较高的定位精度与所述光轴对准，从而允许提供高性能的光通信模块，而不会导致光轴失准。
在所述光纤耦合器的小柱状部分配装到形成于所述树脂基座中的定位圆孔中的时候，在光电转换元件前部不需要用来填充密封树脂的空间，这与传统示例不同。此外，由于所述光纤耦合器的轮廓仅具有柱状部分，所以所述光通信模块可以制作地较小，并且其总体长度可以设置地较短。由于用于光纤耦合器的模具并不太昂贵，所以光通信模块的单位价格可以变得合理。
此外，通过在形成于光纤耦合器中的光传输孔中提供成像透镜，在光发射元件用作光电转换元件时，来自光发射元件的光线可以良好地汇聚在光纤上，并且在光接收元件用作所述光电转换元件时，来自光纤的光线可以良好地汇聚在光接收元件上，从而允许实现可靠性高的光通信。
附图说明
图1是纵向截面图，示出了传统光纤模块；
图2是分解透视图，示出了符合本发明实施方式的处于分解状态的光通信模块；
图3是纵向截面图，示出了符合本发明实施方式的光通信模块；
图4(a)至4(h)是过程示意图，示出了图2和3所示光电转换元件的制造过程；
图5是分解透视图，示出了改型示例中的处于分解状态的光通信模块，其中符合本发明实施方式的光通信模块发生部分改动；
图6是纵向截面图，示出了改型示例中的光通信模块，其中符合本发明实施方式的光通信模块发生部分改动。
附图标记
1   符合实施方式的光通信模块
1’ 改型示例中的光通信模块，其中符合实施方式的光通信模块1发生部分改动
10  光电转换元件封装件
11  树脂基座
11a 一侧
11b 另一侧
11c 定位圆孔
11d 底部
12  光电转换元件
13  盘形电路板
14  引线架
14a 一侧
14b 另一侧
14c 引线端子
15  矩形电路板
16  表面安装设备(SMD)
17  IC部件(LSI)
18  IC密封树脂
20  光纤耦合器
20’改型示例中的光纤耦合器
20a 大直径柱状部分
20b 小直径柱状部分
20c 光传输孔
20d 成像透镜
K   光轴
具体实施方式
现在参照图2至6详细解释符合本发明实施方式的光通信模块。
图2是分解透视图，示出了符合本发明实施方式的分解状态的光通信模块，图3是纵向截面图，示出了符合本发明实施方式的光通信模块，而图4(a)至4(h)是过程示意图，示出了制造图2和3所示光电转换元件封装件的过程。
如图2和3所示，根据本发明实施方式的光通信模块1包括：光电转换元件封装件10，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件12配装到所述光电转换元件封装件，从而面向形成基本上矩形实体形状的树脂基座11的一侧11a；和光纤耦合器20，所述光纤耦合器包括光传输孔20c，用于在柱状部分20a和20b中耦合光纤(未示出)，并且所述光纤耦合器安装在树脂基座11一侧11a，并且光电转换元件12和光纤耦合器20中的光传输孔20c组装成与光轴K对准。
在光纤耦合器20中，光电转换元件12配装在树脂基座11上与一侧11a相对的另一侧11b中，并且光电转换元件12布置在贯穿一侧11a和另一侧11b之间开设的定位圆孔11c的中心，与光轴K对准，从而允许减小光通信模块1的尺寸。
构成符合本发明的实施方式的光通信模块1的各组成元件以下依次介绍。
首先，在光电转换元件封装件10中，该封装件是本实施方式中的光通信模块1的相关部件，树脂基座11利用树脂材料基本上形成矩形实体形状，具有预定厚度，并且光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件12配装到与一侧11a相对的另一侧11b，两者之间具有预定厚度的间隙。
在本实施方式中，由于光电转换元件12钎焊在形成盘形的盘形电路板13的中心位置，并且盘形电路板13连接到引线架14的一侧14a，而引线架14粘结到树脂基座11的另一侧11b，所以光电转换元件12经由盘形电路板13和引线架14配装到树脂基座11的另一侧11b。
此外，树脂基座11在一侧11a和另一侧11b之间开设通孔，以形成与光轴K对准的定位圆孔11c，并且光电转换元件12钎焊到该电路板中心位置的盘形电路板13配装到定位圆孔11c中。因此，光电转换元件12布置在与光轴K对准的定位圆孔11c的中心。
如上所述，光发射元件和光接收元件其中之一用作光电转换元件12。在光发射元件用作光电转换元件12时，LED(发光二极管)或VCSEL(垂直腔表面发射激光器)用作光发射元件。另一方面，当光接收元件用作光电转换元件12时，PD(光电二极管)用作光接收元件。
在该实施方式中，作为一种光发射元件的VCSEL用作光电转换元件12并钎焊到盘形电路板13的中心位置。
导电板诸如导电铜板用作引线架14。在引线架14中，一侧14a和与一侧14a以板厚间隙相对的另一侧14b两者都均匀成形，并且其上钎焊有光电转换元件12的盘形电路板13连接到一侧14a。另一方面，如图3所示，矩形电路板15连接到另一侧14b，SMD(表面安装设备)16和IC部件(LSI(大规模集成))17钎焊到所述矩形电路板15，并且多个向下延伸的引线端子14c从树脂基座11的底部11d伸出。
IC密封树脂18诸如热固性环氧树脂填充到钎焊在矩形电路板15上的SMD16和IC部件(LSI)17上，以覆盖两个部件16和17。
作为本发明的所涉及的部件，光电转换元件封装件10的制造过程参照图4(a)至4(h)进行简述。
首先制备引线架14，如图4(a)所示。
如图4(b)所示，盘形电路板13连接到引线架14一侧14a，并且两个矩形电路板15连接到引线架14的另一侧14b。
如图4(c)所示，多个SMD16和IC部件(LSI)17安装到这两个矩形电路板15上。
如图4(d)所示，SMD16和IC部件(LSI)17借助金导线结合到两个矩形电路板15。
如图4(e)所示，树脂基座11通过插入模制而形成在引线架14的一侧14a上，并且SMD16和IC部件(LSI)17被IC密封树脂18覆盖。
如图4(f)所示，如图4(e)所示状态的整个引线架反转。
如图4(g)所示，作为一种光发射元件，VCSEL安装到盘形电路板13上，作为光电转换元件12，所述盘形电路板13配装到定位圆孔11c中，定位圆孔11c贯穿开设在树脂基座11的一侧11a和另一侧11b之间。
如图4(h)所示，VCSEL12利用金导线而导线结合到盘形电路板13，从而获得完整的光电转换元件封装件10。
采用这种方式制造的光电转换元件封装件10集成小而薄的封装件，并具有令人满意的质量和可靠性。
返回图2和3，安装在树脂基座11的一侧11a上的光纤耦合器20利用光传输塑料(例如，PEI、PC或PMMA)注射模制成阶梯柱状，以便较长且直径大的柱状部分20和较短且直径小的柱状部分20b彼此相连，并且用于插入/拔出光纤(未示出)的光传输孔20c形成为从大直径柱状部分20a开始，向小直径柱状部分20b延伸，且成像透镜20d整体设置在光传输孔20c中。
当光发射元件用作光电转换元件12时，在整体形成在光纤耦合器20中的成像透镜20d中，面向光发射元件的一侧形成平整表面，而将从光发射元件发射的光线发射到所述平整表面的一侧形成凸表面。
在光接收元件用作光电转换元件12时，整体形成在光纤耦合器20中的成像透镜20d可以采用相反的方式形成，以使凸表面(未示出)面向光接收元件。
由于成像透镜20d设置在形成于光纤耦合器20中的光传输孔20c中，所以当光发射元件用作光电转换元件12时，来自光发射元件的光线可以令人满意地汇聚在光纤(未示出)上。另一方面，当光接收元件用作光电转换元件12时，来自光纤(未示出)的光线可以令人满意地汇聚在光接收元件上。因此，可以实现可靠性高的光通信。
形成在光纤耦合器20中的大直径柱状部分20a形成在用于插入/拔出光纤(未示出)的一侧上。另一方面，形成在光纤耦合器20中的小直径柱状部分20b配装在定位圆孔11c中，并以粘结剂(未示出)固定，其中定位圆孔11c贯穿树脂基座11开设在一侧11a和另一侧11b之间。
因此，配装在树脂基座11另一侧11b的光电转换元件12，以及形成在光纤耦合器20中的光传输孔20c和成像透镜20d可以以高定位精度组装，与光轴K对准，并且可以提供性能令人满意的光通信模块，而不会导致光轴失准。
在光纤耦合器20的小直径柱状部分20b配装在形成于树脂基座11中的定位圆孔11c中的时候，在光电转换元件12前部不需要填充密封树脂的空间，这与传统示例是不同的。此外，由于光纤耦合器20的轮廓仅为柱状，所以光通信模块1可以制作地较小，并且其整体长度L(图3)可以设置地较短。由于用于光纤耦合器20的模具并不太昂贵，所以光通信模块1的单位价格变得合理。
现在参照图5和6简述改型示例中的光通信模块，在该改型示例中，符合本发明实施方式的光通信模块进行部分改动。
图5是分解透视图，示出了改型示例中处于分解状态的光通信模块，在所述改型示例中，符合本发明实施方式的光通信模块发生部分改动。图6是纵向截面图，示出了改型示例中的光通信模块，在该改型示例中，符合本发明实施方式的光通信模块发生部分改动。
在图5和6所示的改型示例中的光通信模块1’中，光纤耦合器20’中仅有一部分形状与参照图2和3所解释的符合第一实施方式的光通信模块1的配置不同，并且类似的附图标记指代类似的部件或元件，并且其描述为了方便而省略。现在主要简述与上述实施方式不同的地方。
如图5和6所示，上述实施方式的一部分发生改动的改型示例中的光通信模块1’也包括光电转换元件封装件10，光发射元件或光接收元件其中之一的光电转换元件12配装到所述光电转换元件封装件10，从而面对基本上形成矩形实体形状的树脂基座11的一侧11a；和光纤耦合器20’，所述光纤耦合器包括用于在柱状部分20a和20b中耦合光纤(未示出)的光传输孔20c，并安装在树脂基座11的一侧11a上，并且光电转换元件12和光纤耦合器20’中的光传输孔20c组装成与光轴K对准，类似于上述实施方式。
光纤耦合器20’与根据上述实施方式的光纤耦合器相同之处在于，光电转换元件12配装到树脂基座11上与一侧11a相对的另一侧11b，并且光电转换元件12布置在定位圆孔11d的中心，该定位圆孔贯穿开设在一侧11a和另一侧11b之间，与光轴K对准，从而允许减小所述改型示例中的光通信模块1’的尺寸。
与第一实施方式的不同点在于，光传输孔20c贯穿开设在柱状光纤耦合器20’的大直径柱状部分20a和小直径柱状部分20b之间，并且不在光传输孔20c中设置成像透镜，以简化光纤耦合器20’。
因此，现有的廉价树脂材料可以用于光纤耦合器20’，而不需像上述实施方式那样使用光学透明性高的树脂材料。在光纤耦合器20’中，进而，由于不设置成像透镜，所以可以降低模具成本，从而允许提供改型示例中的光通信模块1’，这种光通信模块可以更容易地以低于上述实施方式的成本采用。
日本专利申请No.2008-101809(2008年4月9日提交)的全部内容通过引用而包含在内。
虽然已经参照本发明的特定实施方式描述了本发明，但是本发明并不限于上述实施方式。根据上述教导，本领域技术人员将显然理解上述实施方式的改型和变形。本发明的范围根据以下权利要求书来限定。

Claims (2)

1.一种光通信模块(1)，包括：
光电转换元件封装件(10)，光发射元件和光接收元件其中之一的光电转换元件(12)配装到所述光电转换元件封装件(10)，从而面向树脂基座(11)的一侧；和
光纤耦合器(20)，所述光纤耦合器包括光传输孔(20c)，用于在柱状部分中耦合光纤，所述光纤耦合器(20)安装在所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)，其中
所述光电转换元件(12)和形成在所述光纤耦合器(20)中的所述光传输孔(20c)组装成与光轴(K)对准；
在所述光电转换元件封装件(10)中，所述光电转换元件(12)配装到与所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)相对的另一侧(11b)，并且
所述光电转换元件(12)布置在贯穿所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)和所述另一侧(11b)之间开设的孔(11c)的中心，与所述光轴(K)对准，
其特征在于，
贯穿所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)和所述另一侧(11b)之间开设的孔(11c)具有圆柱形，该圆柱形不渐缩；
所述光纤耦合器(20)将形成为较长且直径较大的大直径柱状部分(20a)与形成为较短且直径较小的小直径柱状部分(20b)相连，从而在两个柱状部分(20a，20b)内形成所述光传输孔(20c)；
所述小直径柱状部分(20b)具有圆柱周面，该圆柱周面不渐缩；并且
所述小直径柱状部分(20b)配装在贯穿所述树脂基座(11)的所述一侧(11a)和所述另一侧(11b)之间开设的孔(11c)中。
2.如权利要求1所述的光通信模块，其特征在于，所述光纤耦合器(20)设置有位于所述光传输孔(20c)中的成像透镜(20d)。
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