CN103003952B

CN103003952B - 光通信模块

Info

Publication number: CN103003952B
Application number: CN201180034879.6A
Authority: CN
Inventors: 川合裕辉
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: EP2595195A4; US20130114925A1; WO2012008530A1; CN103003952A; US8885990B2; JP5502633B2; JP2012023218A; EP2595195A1

Abstract

提供了一种紧凑的光通信模块，该光通信模块被配置并构造成适合于高速传输并且便于光学元件的固定和定位并且防止在温度变化期间光轴的未对准。一种光通信模块（1）被构成具有作为电路基板的收发器电路（2）、次安装单元（3）、作为光连接器部件的光纤接头（4），和光纤耦接部件（5）。光通信模块（1）被配置为其中被安装在次安装单元（3）上的光学元件的光轴大致平行于收发器电路（2）的安装表面（6）的模块化构件。

Description

光通信模块

技术领域

本发明涉及一种光通信模块。

背景技术

在专利文献1中公开的一种光通信模块包括外壳、光学器件，和电路基板。外壳牢固地设定在从电路基板突出的凸状凸台上。即，外壳以从电路基板浮起的状态固定。外壳设置有将光纤插入其中的光纤插入部分，和将光学器件插入其中的光学器件插入部分。如果光纤被插入到光纤插入部分中，则芯部突出到光学器件插入部分，并且因此芯部和光学器件直接地光学耦接到彼此。光学器件插入部分以这样方式而形成：外壳的与电路基板相对的底表面是开口的。

光学器件包括光学元件、可透光部分，和引导框架。光学元件安装在引导框架的一端上。被安装的部分的周围由可透光部分覆盖。可透光部分具有在光学元件前面形成的渐缩部分，并且光纤的芯部的前端通过该渐缩部分向光学元件引导。引导框架形成为使得中间部分在垂直于电路基板的方向上从上面安装有光学元件的一端侧延伸。引导框架的中间部分的另一端侧被弯曲成具有弯曲部分。引导框架的另一端与电路基板平行地形成，并且通过平行部分连接到电路基板。在其中外壳在电路基板之上浮起的那部分处，引导框架具有一弯曲部分。引导框架是柔性的。

引用列表

专利文献

专利文献1：未经审查的日本专利申请公布No.2009-88405

发明内容

技术问题

在相关技术中，因为外壳在电路基板之上浮起并且引导框架设置有弯曲部分并且在弯曲状态下连接到电路基板，所以引导框架的整体长度被延长，并且因此认为这不是适合于高速传输的传输路径（因为传输路径越短，则在高速传输方面更加有效）。

在相关技术中，由于诸如浮起式外壳的布置而需要空间，但是因为在引导框架上形成弯曲部分而占据了该空间，所以认为存在对于光通信模块的小型化方面的限制。

而且，在相关技术中，由于引导框架是柔性的，所以可能难以固定或者定位光学元件。进而，由于引导框架被暴露，所以其易于受到热量影响。因此，当然，热膨胀/收缩程度是高的，并且可能发生光轴的未对准。

鉴于上述问题已经创造了本发明，并且本发明的目的在于提供一种光通信模块，该光通信模块被配置并构造成适合于高速传输并且便于光学元件的固定和定位并且防止在温度变化期间光轴的未对准。

解决问题的方案

为了解决以上问题，第一发明的一种光通信模块的特征在于包括电路基板；和具有大致块状形状的次安装单元，该次安装单元配置成安装在所述电路基板的安装表面上；其中，所述次安装单元包括连接表面，该连接表面安装在所述安装表面上，表面安装连接部，该表面安装连接部设置在所述连接表面上并且与所述安装表面的基板侧连接部产生接触，光学元件安装表面，该光学元件安装表面是在基本垂直于所述连接表面的方向上的表面，光学元件，该光学元件安装在所述光学元件安装表面上，该光学元件的光轴与所述安装表面基本平行，以及传输路径，该传输路径在所述连接表面和所述光学元件安装表面上面布线，以将所述光学元件与所述表面安装连接部连接。

第二发明的光学传输模块的特征在于还包括光学连接部件，该光学连接部件配置成插设在所述光学元件安装表面的所述光学元件与对应于所述光学元件的光纤之间。

第三发明的光学传输模块的特征在于，凸部从所述光学元件安装表面突出，以邻靠所述光学连接部件。

第四发明的光学传输模块的特征在于，还包括光轴对准单元，该光轴对准单元用于将所述光学元件和所述光纤的光轴对准。

本发明的效果

根据第一发明，具有大致块体形状的次安装单元安装在电路基板的安装表面上以形成光通信模块，并且与相关技术相比次安装单元具有将从安装在光学元件安装表面上的光学元件延伸的传输路径缩短的结构。因此，能够有效地提供包括适合于高速传输的配置和结构的光通信模块。另外，根据本发明的光通信模块，次安装单元被安装在电路基板的安装表面上，而并不浮起，而这种浮起如相关技术那样需要空间。结果，能够提供紧凑的光通信模块。另外，根据本发明，由于次安装单元形成为大致块形状，并且传输路径被设置成在光学元件安装表面和这种形状的次安装单元的连接表面上延伸，所以对于次安装单元而言并不需要具有如相关技术的导引框架的柔性。结果，能够有效地实现光学元件的固定或者定位。而且，根据本发明的光通信模块，由于次安装单元形成为大致块形状，次安装单元由具有低热膨胀/收缩的材料制成。结果，能够有效地抑制在温度变化期间光轴的未对准。

根据第二发明，由于光学传输模块包括光学连接部件，所以能够使光学元件有效地连接到光纤。

根据第三发明，由于光学连接部件邻靠从光学元件安装表面突出的凸部，所以能够容易地进行定位。而且，根据本发明，由于通过光学连接部件的邻靠而覆盖光学元件，所以能够有效地保护光学元件。

根据第四发明，因为光学传输模块包括光轴对准单元，所以能够容易地将光学元件的光轴和光纤对准，从而抑制光轴的未对准。

附图说明

图1是示出根据本发明的光通信模块的配置的透视图；

图2(a)是在光通信模块中的次安装单元和光纤接头（berstub）的分解透视图，并且图2(b)是次安装单元的放大透视图；

图3是示出光通信模块的第一修改例的透视图；

图4是示出光通信模块的第二修改例的透视图；

图5是示出光通信模块的第三修改例的透视图；以及

图6是示出光通信模块的第四修改例的透视图。

附图标记列表

1：光通信模块

2：收发器电路（电路基板）

3：次安装单元

4：光纤接头（光学连接部件）

5：光纤耦接部件

6：安装表面

7：基板本体

8：电子元件

9：插件边缘部分

10：连接表面

11：底表面

12：前表面

13：后表面

14：侧表面

15：顶表面

16：光学元件安装表面

17：凸部

18到21：传输路径

22：表面安装连接部

23：光发射元件（光学元件）

24：光接收元件（光学元件）

25：引导销（光学对准装置）

26：侧端

27：前端

28：光纤

29：接头本体

30：具有短长度的光纤

31：前表面

32：后表面

33，35：引导销孔（光轴对准装置）

34：耦接部件本体

36：耦接表面

37：孔

41、51、61、71：光通信模块

42：透镜部件（光学连接部件）

43：凸透镜

52：固定部件

62：收发器电路

63：表面安装引脚

72：收发器电路

73：用于流连接的贯通引脚

具体实施方式

现在将参照附图来描述本发明的实施例。图1是示出根据本发明的光通信模块的配置的透视图。图2(a)是在光通信模块中的次安装单元和光纤接头的分解透视图，并且图2(b)是次安装单元的放大透视图。

在图1中，附图标记1表示本发明的光通信模块。光通信模块1包括收发器电路2（电路基板）、次安装单元3、光纤接头4（光学连接部件），和光纤耦接部件5。光通信模块1被配置成其中次安装单元3的光学元件（将在后面描述）的光轴大致与收发器电路2的安装表面6（将在后面描述）平行的一种模块产品。首先，将描述上述每一种配置。

收发器电路2包括形成为例如矩形平板形状的基板本体7，并且该基板本体7的表面用作为安装表面6。所示出的收发器电路2的形状是一个实例。基板本体7是玻璃环氧基板、陶瓷基板等；并且安装表面6在其上具有形成期望图形的电路（未示出），和与该电路邻接的基板侧连接部（未示出）。基板侧连接部（未示出）是电连接到次安装单元3的部分。基板侧连接部形成为电极极板的形状。而且，基板侧连接部设置并且成形为与和次安装单元3相连的位置相一致。

电子元件8安装在安装表面6的电路（未示出）上。电子元件8是用于发射器或者接收器的电子元件。发射器的一个实例是激光器驱动IC等。而且，接收器的一个实例是接收放大器IC等。

在基板本体7中的附图标记9表示插件边缘（cardedge）部分。这种形状的基板本体7形成为插件边缘连接器的形状。在这里所示的基板本体7的形状是一个实例。将在后面参照图5和6描述其它的实例。

在图1和2中，在本实施例中次安装单元3形成为大致长方体的块形状。以在次安装单元3上形成的连接表面10安装在收发器电路2中的基板本体7的安装表面6上的状态，即，连接表面10与安装表面6表面接触的状态，安装这种形状的次安装单元3。

次安装单元3具有形成为连接表面10的底表面11。次安装单元3具有：与底表面11（连接表面10）连续并且是垂直于该底表面11的表面的前表面12；后表面13（由于该后表面13处于从观察次安装单元3的角度被隐藏的位置，所以与前表面12相对的该后表面13通过虚线出）；以及左和右侧表面14和14（由于其中一个侧表面14处于从观察次安装单元3的角度被隐藏的位置，所以该其中一个侧表面14通过需要绘出）。而且，次安装单元3具有顶表面15，该顶表面15是与底表面11（连接表面10）平行的表面的（由于该顶表面15处于从观察次安装单元3的角度被隐藏的位置，所以顶表面15通过虚线绘出）。

前表面12设置有形成为凹形的光学元件安装表面16。该光学元件安装表面16形成为与前表面12平行，并且是与底表面11（连接表面10）延续并且垂直于该底表面的表面。因为前表面12形成为从光学元件安装表面16突出，所以前表面12形成为凸部17。

在凸部17之中，在光学元件安装表面16正上方的部分形成为大致边檐（brim）形状。凸部17形成为以门的形式包围光学元件安装表面16的形状。凸部17的突出长度（换言之，前表面12的凹陷深度）被设定为这样一种长度，使得将在光纤接头4与后述的光发射元件23或者光接收元件24之间的间隔最优化。

凸部17形成为邻靠所述光纤接头4。凸部17邻靠光纤接头4，从而抑制所述间隔的未对准并且因此稳定光学耦接效率。

连接表面10和光学元件安装表面16设置有传输路径18、19、20和21，作为在这两个表面上延伸的布线。传输路径18、19、20和21通过给定的电极图形而设置，使得传输路径18和19作为传输侧而设置，而传输路径20和21作为接收侧而设置。传输路径18、19、20和21形成为在这两个表面上延伸的、短长度的电极图形。而且，由适合于高速传输的形状而使传输路径18、19、20和21最优化。

传输路径18、19、20和21在连接表面10侧处的端部成排地设置有每一个表面安装连接部22。表面安装连接部22形成为表面安装电极极板。每一个表面安装连接部22设置并且形成为与收发器电路2的基板侧连接（未示出）的位置一致。

传输路径19和20在光学元件安装表面16侧处的端部分别地安装有光发射元件23（光学元件）和光接收元件24（光学元件）。即，光发射元件23和光接收元件24安装在光学元件安装表面16上。光发射元件23和光接收元件24被安装成：使得其光轴在垂直于光学元件安装表面16并且还与收发器电路2的安装表面6平行的方向上。光发射元件23和光接收元件24安装成与在左右方向上具有预定间距的后述光纤28和28的位置相一致。

光发射元件23的一个实例是VCSEL（垂直腔面发射激光器）。而且，光接收元件24的一个实例是光电二极管（Si基、GaAs基和InGaAs基）。

引导销25和25分别地从前表面12的左右侧这两侧在垂直于该前表面12的方向上突出。例如，引导销25和25如在图中所示形成为圆杆的形状，并且具有与光纤接头4和光纤耦接部件5的厚度相似的长度。引导销25和25在左右方向上以预定间隔设置在相同高度的位置处。

引导销25和25设置为构成光轴对准装置的部分。因为设置了引导销25和25，所以能够抑制光轴的未对准。通过在前表面12中冲出孔37并且然后将那些引导销插入并固定到孔37中而设置这种类型的引导销25和25。

次安装单元3具有由陶瓷（氧化铝、铝氮化物、LTCC（低温共烧陶瓷等）或者高温树脂（环氧树脂、LCP（液晶聚合物）等）制成的本体部分。由于次安装单元3的本体部分由以上材料制成，所以能够抑制由于在温度变化期间的热膨胀/收缩而导致的光轴的未对准。

在这里，将描述次安装单元3的安装实例。但是，它不受具体限制，例如次安装单元3被安装成：使得左右侧14和14与基板本体7的左右侧端26齐平。而且，将次安装单元3安装到在基板本体7的前端27后方达光纤接头4的厚度的位置。

光纤接头4是插置在光学元件安装表面16上所安装的光发射元件23和光接收元件24与对应于该光发射元件23和光接收元件24的光纤耦接部件5的光纤28和28之间以将该光发射元件23、光接收元件24和光纤28和28光学耦接的部件。类似于次安装单元3，光纤接头4形成为大致长方体的块形状。这种形状的光纤接头4具有接头本体29和嵌入在该接头本体29中的、短长度的光纤30和30。

它不受具体限制，而是短长度的光纤30和30采用与和基板侧连接的光发射元件23和光接收元件24相对应的光纤28和28相同的光纤。短长度光纤30和30嵌入为从接头本体29的前表面31到后表面32是笔直的。引导销孔33和33贯穿左右外侧而非所述短长度的光纤30和30。

次安装单元3的引导销25和25插入到引导销孔33和33中。引导销孔33和33设置为构成光轴对准装置的部分。因为设置了引导销孔33和33，所以能够抑制光轴的未对准。短长度的光纤30和30被配置成基于引导销孔33和33而被定位。

接头本体29的后表面32形成为邻靠次安装单元3的凸部17的部分（由于该后表面32处于从观察次安装单元的角度被隐藏的位置，所以该后表面32通过虚线绘出）。当后表面32邻靠凸部17时，光发射元件23和光接收元件24被后表面32覆盖，并且因此对于外部而受到保护。

由于用于高速传输的光接收元件24具有减小的光接收直径（光接收面积），所以能够认为使得接头本体29的后表面32接近光发射元件23和光接收元件24在提供光学耦接效率方面是有效的。

接头本体29的前表面31是邻靠光纤耦接部件5的部分。

类似于次安装单元，光纤接头4的接头本体29由陶瓷（氧化铝、氮化铝、LTCC（低温共烧陶瓷等）或者高温树脂（环氧树脂、LCP（液晶聚合物等）制成。因为光纤接头4的接头本体29由以上材料制成，所以能够抑制由于在温度变化期间的热膨胀/收缩而导致的光轴的未对准。

光纤耦接部件5包括光纤28和28，和容纳并保持每个光纤28和28的前端并且将该前端耦接到光学连接部件（在这里，光纤接头4）的耦接部件本体34。耦接部件本体34具有插芯（（ferrule）的功能，并且类似于次安装单元3或者光纤接头4形成为大致长方体的块形状。

引导销孔35和35贯穿耦接部件本体34。引导销孔35和35设置并且形成为与光纤接头4的引导销孔33和33的位置相一致。类似于光纤接头4，次安装单元3的引导销25和25插入到引导销孔35和35中。

引导销孔35和35设置为构成光轴对准装置的部分。因为设置了引导销孔35和35，所以能够抑制光轴的未对准。光纤28和28被配置成基于引导销孔35和35而被定位。

光纤28和28的一个实例是PCS（聚合物镀层二氧化硅）纤维（芯直径为Φ200μm并且镀层直径为Φ230μm），或者具有Φ50μm的芯直径的光学玻璃纤维。

接着，将基于上述配置和结构简要地描述光通信模块1的安装。光通信模块1被配置成从第一过程到第三过程依次地安装。

在第一过程中，将电子元件8和次安装单元3安装在基板本体7的安装表面6上。在此情况下，次安装单元3安装在安装表面6上，且并不浮起。即，以与连接表面10和安装表面6产生表面接触相同的状态，安装次安装单元3。

在第二过程中，通过将次安装单元3的引导销25和25插入到引导销孔33和33中，使光纤接头4安装在次安装单元3上。在此情况下，随着光纤接头4的后表面32邻靠次安装单元3的凸部17，光纤接头4滑动。由于通过引导销25和25来引导光纤接头4，所以安装光纤接头4而不发生光轴的未对准。如果后表面32邻靠凸部17，则光发射元件23和光接收元件24被覆盖而对于外部受到保护，并且确保了短长度的光纤30和30和光纤接头4之间的最适当的位置关系。

在第三过程中，类似光纤接头4，通过将引导销25和25插入到引导销孔35和35中，而将光纤耦接部件5安装在光纤接头4上。在此情况下，随着其耦接表面36邻靠光纤接头4的前表面31，光纤耦接部件5滑动（因为在图1中该耦接表面36处于从观察光纤耦接部件5的角度被隐藏的位置，所以与前表面31相对的该耦接表面36通过虚线绘出）。因为通过引导销25和25来引导光纤耦接部件5，所以安装光纤耦接部件5而不发生光轴的未对准。以此方式，完成了光通信模块1的安装。

根据本发明的光通信模块1，由于将在收发器电路2的电路（未示出）和光发射元件23与光接收元件24之间的连接从如相关技术那样通过弯曲引导框架而获得的连接改变为使用次安装单元3的连接，所以能够缩短电连接距离（传输路径18、19、20和21是短的）。结果，有效地实现了适合于高速传输的配置和结构。

根据本发明的光通信模块1，由于该配置和结构并不需要如相关技术那样需要形成引导框架的弯曲部分的空间，所以能够有效地小型化光通信模块1。

根据本发明的光通信模块1，由于次安装单元3不必如相关技术的引导框架那样具有柔性，所以能够有效地执行光发射元件23或者光接收元件24的固定或者定位。

根据本发明的光通信模块1，由于通过使用具有低热膨胀/收缩的材料而形成次安装单元3，所以能够有效地抑制在温度变化期间光通信模块1的光轴的未对准。

在不改变本发明的范围情况下能够作出各种修改和更改。

现在将参照图3到6描述光通信模块的修改例。图3是示出第一修改例的透视图。图4是示出第二修改例的透视图。图5是示出第三修改例的透视图。图6是示出第四修改例的透视图。

在图3中，除了包括作为光纤接头4（见图1和2）的替代部件的透镜模块42（光学连接部件）之外，第一修改例的光通信模块41类似于图1中的光通信模块1。透镜模块42使得透射光成为平行光并且使其进入光纤28。而且，光通信模块41包括用于将从光纤28接收到的光汇集的凸透镜43和43。透镜部件42被配置成有助于提供光学耦接效率。

在图4中，除了第二修改例的光通信模块51不是可拆离的结构，而是其中光纤耦接部件5由固定部件52牢固地固定到次安装单元3的辫（pigtail）式结构之外，该第二修改的光通信模块51类似于在图1中的光通信模块1。

在图5中，除了收发器电路62具有表面安装连接62作为所述插件边缘连接器类型的基板本体7（见图1）的替代部件之外，第三修改例的光通信模块61类似于在图1中的光通信模块1。

在图6中，除了收发器电路72具有用于流连接的贯通引脚（through-lead）73作为所述插件边缘连接器类型的基板本体7（见图1）的替代部件之外，第四修改例的光通信模块71类似于在图1中的光通信模块1。

可以使用BGA（球栅阵列）作为替代。而且，在以上描述中，传输侧和接收侧是一体的配置和结构，但是本发明并不限于此。可以采用其上仅安装有光发射元件23的模块，或者其上仅安装有光接收元件24的模块。

对于本领域技术人员而言明显的是，已经参考具体实施例描述了本发明，但是能够在不偏离本发明的范围的情况下适当地修改或者改进本发明。

本申请要求在2010年7月15日提交的日本专利申请No.2010-160211的优先权，并且其全部公开内容在此通过引用而并入。

工业应用

根据本发明的光通信模块，大致块形状的次安装单元安装在电路基板的安装表面上以形成光通信模块，并且与相关技术相比，次安装单元具有将从安装在光学元件安装表面上的光学元件延伸的传输路径缩短的结构。相应地，能够有效地提供包括适合于高速传输的配置和结构的光通信模块。另外，根据本发明的光通信模块，次安装单元安装在电路基板的安装表面上而并不浮起，而如相关技术这种浮起需要空间。结果，能够提供紧凑的光通信模块。另外，根据本发明，由于次安装单元形成为大致块形状，并且传输路径被设置成在光学元件安装表面和这种形状的次安装单元的连接表面上延伸，所以对于次安装单元而言并不需要具有如相关技术的引导框架的柔性。结果，能够有效地执行光学元件的固定或者定位。而且，根据本发明的光通信模块，因为次安装单元形成为大致块形状，次安装单元由具有低热膨胀/收缩的材料制成。结果，能够有效地抑制在温度变化期间光轴的未对准。

Claims

1.一种光通信模块，该光通信模块包括：

电路基板；和

具有块状形状的次安装单元，该次安装单元配置成安装在所述电路基板的安装表面上；

其中，所述次安装单元包括

连接表面，该连接表面安装在所述安装表面上，

表面安装连接部，该表面安装连接部设置在所述连接表面上并且与所述安装表面的基板侧连接部产生接触，

光学元件安装表面，该光学元件安装表面是在基本垂直于所述连接表面的方向上的表面，

光学元件，该光学元件安装在所述光学元件安装表面上，该光学元件的光轴与所述安装表面基本平行，以及

传输路径，该传输路径在所述连接表面和所述光学元件安装表面上面布线，以将所述光学元件与所述表面安装连接部连接，

其中，所述光通信模块还包括光学连接部件，该光学连接部件配置成插设在所述光学元件安装表面的所述光学元件与对应于所述光学元件的光纤之间，并且

其中，凸部从所述光学元件安装表面突出，以邻靠所述光学连接部件。

2.根据权利要求1所述的光通信模块，还包括光轴对准单元，该光轴对准单元用于将所述光学元件和所述光纤的光轴对准。