CN103217750A

CN103217750A - 光学机械组件及光电封装

Info

Publication number: CN103217750A
Application number: CN2012100180452A
Authority: CN
Inventors: 林方正; 吴祖修; 陈世育; 叶千绢; 黄光辉
Original assignee: Lightel Technologies Inc
Current assignee: Lightel Technologies Inc
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-07-24

Abstract

一种光学机械组件，包含承载台、固定座、至少一个光电单元以及至少一个光波导。所述承载台上有相互连通的至少一个承载槽沟和定位槽沟，所述承载槽沟垂直地朝向所述定位槽沟的一侧延伸出来。所述光电单元设置于所述定位槽沟的另一侧并定位于所述承载槽沟。所述光波导的一端设置于所述承载槽沟内而另一端穿过所述固定座所包含的至少一个穿孔。

Description

光学机械组件及光电封装

技术领域

本发明涉及一种光电装置，特别涉及一种不需采用熟知的光路转向机构来输出和/或接收光信号的光学机械组件及光电封装。

背景技术

光纤与激光光源或光检测器(photodetector)间的良好定位可以提高传输的耦合效率。随着传输容量的提升，同时针对多个光纤与多个激光光源或光检测器间进行光耦合的方式成为重要的研究课题。

图1是一种熟知的光学机械组件9的立体图，所述光学机械组件9包含基板91、支撑件92、光路转向元件93、光电元件94以及多个导线95。所述光电元件94设置于所述基板91的上表面，并发出或检测沿着所述基板91的法线方向n传输的光信号。所述导线95形成于所述基板91的所述上表面并电性耦接所述光电元件94，以输入电信号到所述光电元件94或从所述光电元件94输出电信号。所述支撑件92用来支撑所述光路转向元件93，以使所述光路转向元件93与所述光电元件94能够彼此互相定位。所述光路转向元件93用于将平行于所述法线方向n传输的光信号转向平行于所述基板91的上表面后，传输到外部的连接器(optical connector)。

图2是图1的所述光路转向元件93的底面图，其中，多个V形槽沟931平行地形成所述光路转向元件93的底面，多个光纤932则分别设置于所述等V形槽沟931内，且通常会使用粘胶933固定所述光纤932于所述V形槽沟931内。所述光纤932最后连接到光连接器以将所述光电元件94所发出的光信号传输至外部或将外部光信号传输到所述光电元件94。

图3是图1的光学机械组件9中，沿III-III′线的剖示图。熟知的光学机械组件9中，必须使用所述光路转向元件93将所述光电元件94所发出或接收的垂直光信号转换成水平光信号。转换机制是在所述等光纤932的前端面形成镜面932S，它与所述法线方向n呈45度夹角以对光信号进行反射。这种结构中，必须对所述光纤932进行研磨抛光，甚至需要在所述镜面932S镀上金属层以增加反射率，然而这些步骤均增加了制作复杂度。

鉴于此，本发明又提出一种光学机械组件和光电转换装置，它不需使用熟知的光路转向元件就能够发出或接收与基板平行的光信号，因而不需在光波导的前端面形成45度角的镜面，并且不需要在光波导的前端面镀上任何金属层，因此可降低制程复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学机械组件和光电封装，它用来对至少一个光电芯片与至少一个光波导进行光耦合，并且不需采用熟知的光路转向机构来输出或接收光信号。

本发明的另一目的是提供一种可简化制成的光学机械组件及光电封装，并且其光电芯片与光波导间具有良好的耦合效率。

为了达到上述目的，本发明提供一种光学机械组件，包含承载台、至少一个光电单元、至少一个光波导和固定座。所述承载台的上表面形成有相互连通的定位槽沟和至少一个承载槽沟，所述承载槽沟垂直地朝向所述定位槽沟的一侧延伸出来。所述光电单元包含两个电极和光电芯片，并具有水平面和操作面，其中所述两个电极从所述水平面延伸至所述操作面，所述光电芯片设置于所述操作面并耦接所述两个电极，所述光电单元设置于所述定位槽沟的另一侧且所述光电芯片定位于所述承载槽沟。所述光波导的一端设置于所述承载槽沟内。所述固定座设有至少一个穿孔供所述光波导的另一端穿设而过。

本发明还提供一种光电封装，包含基板、控制芯片和光学机械组件。所述控制芯片设置于所述基板上。所述光学机械组件设置于所述基板上并耦接所述控制芯片以输出或接收光信号，所述光学机械组件包含承载台、固定座、至少一个光电单元和至少一个光波导。所述承载台的上表面形成有相互连通的定位槽沟和至少一个承载槽沟，所述承载槽沟垂直地朝向所述定位槽沟的一侧延伸出来。所述光电单元包含两个电极和光电芯片，并具有水平面和操作面，其中所述两个电极从所述水平面延伸到所述操作面，所述光电芯片设置于所述操作面并耦接所述两个电极以输出或接收所述光信号，所述光电单元设置于所述定位槽沟的另一侧并且所述光电芯片定位于所述承载槽沟，所述两个电极分别经导线耦接所述控制芯片。所述光波导的一端设置于所述承载槽沟内。所述固定座设有至少一个穿孔供所述光波导的另一端穿设而过。

本发明的光学机械组件及光电封装中，所述光电芯片是激光芯片或光检测器；所述光波导是包有光纤套圈和夹具的光纤。

本发明的光学机械组件及光电封装中，所述水平面是所述光电单元的上表面或下表面，且所述水平面平行于所述承载台的所述上表面；所述两个电极位于所述水平面的部分分别连接所述导线。

本发明的光学机械组件及光电封装中，所述定位槽沟的横截面是倒ㄇ字型；所述水平面与所述操作面呈90度夹角。

本发明的光学机械组件和光电封装中，所述光波导的前端面垂直于所述承载台的所述上表面。

本发明的光学机械组件和光电封装中，由于所述光电单元所发出的光信号平行于基板，因而可直接针对光电芯片及光纤进行定位。此外，由于所述定位槽沟的横切面形成倒ㄇ字型，可使光电芯片及光纤间的距离非常接近，以增加耦合效率。

附图说明

图1是熟知的光学机械组件的立体示意图。

图2是图1的光学机械组件的光路转向元件的底面图。

图3是图1的光学机械组件中沿III-III′线的剖示图。

图4是本发明实施方式的光电封装的分解图。

图5是本发明实施方式的光电封装的立体图。

图6是本发明实施方式的光电封装的制作流程图。

图7A-7H是本发明实施方式的光电封装的组装示意图。

图8A-8B是本发明实施方式的光学机械组件的侧视图。

附图标记说明

1光电封装 10基板

12控制芯片 14光学机械组件

141承载台 1411承载槽沟

1412定位槽沟 142光电单元

142H光电单元的水平面 142V光电单元的操作面

143、143′电极 144光电芯片

145光波导 146夹具

147固定座 1471穿孔

16、95导线 9光学机械组件

91基板 92支撑件

93光路转向元件 931V形槽沟

932光纤 932S镜面

933粘胶 94光电元件

S₂₁-S₂₇步骤 D₁、D₂光波导与光电芯片距离

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点更明显，下文将配合附图作详细说明。在本发明的说明中，相同的构件用相同的符号表示，在此先说明。

参照图4和5所示，图4是本发明实施方式的光电封装的分解图，图5是本发明实施方式的光电封装的立体图。本发明实施方式的光电封装1包含基板10、控制芯片12和光学机械组件14。

所述基板10优选印刷电路板(PCB板)，用以提供所述控制芯片12及所述光学机械组件14操作时所需的电力，且其上形成有多个导线及贯孔用以传递电信号；其中，在PCB板上形成导线及通孔的方式已经熟知的，故在此不再赘述。此外，可以了解的是，所述基板10上的电路配置相对于所述光学机械组件14的操作和功能而有所不同。例如，相对所述光学机械组件14用以发出光信号或接收光信号，所述基板10具有不同的电路配置。

所述控制芯片12设置于所述基板10的上表面，用以输出电信号到所述光学机械组件16或接收所述光学机械组件14检测的电信号。

所述光学机械组件14包含承载台(bench)141、固定座(mount)147、至少一个光电单元142、至少一个光波导145和至少一个夹具(holder)146；其中，每个光电单元142包含两个电极143、143′和光电芯片144，并具有水平面142H和操作面142V。

所述承载台141优选硅板，在其上表面通过蚀刻(etching)的方式形成定位槽沟1412和至少一个承载槽沟1411。所述承载槽沟1411用以承载所述光波导145，其尺寸及数量则根据所需承载的光波导145决定，例如其数量根据所述光学机械组件14所能传输的信道数量决定。所述定位槽沟1412用来让所述光波导145的前端能够尽量靠近所述光电芯片144，以有效提高耦合效率，其经过黄光制和钻石刀切割而成(下文详述)。本实施方式中，所述承载槽沟1411与所述定位槽沟1412相连通，且大致垂直并延伸在所述定位槽沟1412的一侧(如朝向所述控制芯片12侧延伸)。此外，由于PCB板的表面并不平整，而硅板一般具有较平整的表面，所以设置所述承载台141的优点在于，可以使设置在它上面的其他元件能够精确定位，以增加耦合效率(coupling efficiency)。

所述光电单元142设置于所述承载台141的上表面并位于所述定位槽沟1412的另一侧(如远离所述控制芯片12的侧)，并具有水平面142H和操作面142V，其中所述水平面142H可以是所述光电单元142的上表面或下表面，其大致平行于所述承载台141的上表面；所述操作面142V面向所述承载槽沟1411。所述光电单元142的数量优选等于所述承载槽沟1411的数量。所述光电单元142例如可以是六面体，例如是正方体或长方体，但并不作为限制；只要是包含所述水平面142H平行所述承载台141的上表面以及包含所述操作面142V面向所述承载槽沟1411的任何形状均可，并无特别限制。所述水平面142H与所述操作面142V优选大致呈有90度夹角。

所述两个电极143及143′形成在所述光电单元142上，并从所述水平面142H延伸至所述操作面142V，并电性耦接所述光电芯片144。所述两个电极143和143′分别通过导线16(例如金线，但不限制于此)耦接到所述基板10上的控制芯片12，其中所述导线16可形成于所述基板10或通过打线的方式连接到所述控制芯片12及所述两个电极143及143′位于所述水平面142H的部分，并无特别限制。由于所述光电单元142的所述水平面142H与所述操作面142V大致具90度夹角，所述两个电极143及143′呈夹角90度的两部分，其中位于所述水平面142H的部分利于与所述基板10上的控制芯片12耦接，位于所述操作面142V的部分利于与所述光电芯片144电性耦接。

所述光电芯片144，例如可以是激光芯片(laser chip)或光检测器(photodetector)，其设置在所述光电单元142的所述操作面142H并电性连接所述两个电极143及143′。换句话说，所述光电芯片144正面定位于所述承载槽沟1411以平行于所述承载台141的上表面发出或接收光信号。

所述光波导145例如是具有陶瓷光纤套圈(ferrule)的光纤，其设置于所述承载台141的承载槽沟1411内并定位于所述光电芯片144。所述光波导145除了承载于所述承载槽沟1411内的前端部分外，其他部分则可以用夹具(holder)146包起来，以便与所述光学机械组件14外部连接。换句话说，本实施方式中所述光波导145可以指包有光纤套圈及夹具146，或仅指包有光纤套圈。可以了解的是，所述光波导145与所述光电芯片144的定位是指所述光波导145前端的光信号输出/入孔定位于激光芯片的光输出面或光检测器的光感测面。可以了解的是，其他实施方式中，所述光电单元142可不需正对于所述承载槽沟1411，只要所述光电芯片144定位于所述光波导145即可。此外，也可能在一个体积较大的光电单元上形成多个光电芯片，并不限制于一个光电单元对应单一信道。

所述固定座147用来固定所述光波导145，其具有至少一个穿孔1471供所述光波导145穿设而过；其中，穿过所述固定座147的穿孔1471的光波导145可以用来连接到外部的光连接件(optical connector)。可以了解的是，所述固定座147的所述穿孔1471的尺寸是刚好供所述光波导145(或夹具146)穿过以利于固定。

图6是本发明实施方式的光电封装1的制作流程图，包含下列步骤：提供承载台，其上形成定位槽沟和从所述定位槽沟的一侧垂直延伸出的至少一个承载槽沟(步骤S₂₁)；在所述承载台上所述定位槽沟的另一侧形成至少一个光电单元面对所述承载槽沟(步骤S₂₂)；将至少一个光波导的一端设置于所述承载台的所述承载槽沟内(步骤S₂₃)；提供具有至少一个穿孔的一固定座供所述光波导的另一端自所述穿孔穿设而过以形成光学机械组件(步骤S₂₄)；将所述光学机械组件设置于基板上(步骤S₂₅)；在所述基板上设置控制芯片(步骤S₂₆)；以及电性连接所述控制芯片及所述光学机械组件的所述光电单元的水平面上的两个电极(步骤S₂₇)。

参照图6和7A-7H，接下来说明本发明实施方式的光电封装1的制作方式。首先，提供基板(如硅板)作为承载台141，并在它上面通过蚀刻的方式形成所述承载槽沟1411及所述定位槽沟1412，如图7A(步骤S₂₁)；其中，所述承载槽沟1411垂直地朝向所述定位槽沟141的一侧延伸出来。

接下来，在所述承载台141的上表面所述定位槽沟1412的另一侧设置至少一个光电单元142(此处显示4个)；其中，所述光电单元142上已事先形成两个电极143及143′从所述光电单元142的水平面142H延伸至操作面142V，所述操作面142V上并事先形成光电芯片144。在此步骤中，所述光电芯片144是定位所述承载槽沟1411，如图7B所示(步骤S₂₂)。换句话说，所述光电芯片144并不需要位于所述光电单元412的操作面142V中间，只要是能使所述光电芯片144定位所述承载槽沟1411的适当位置即可。

接下来，将至少一个光波导145的一端设置于所述承载台141的承载槽沟1411内(图7C)。参照图8A及8B所示，一般利用蚀刻所形成的槽沟截面，如图8A所示的斜面槽沟，这样会造成所述光波导145与所述光电芯片144定位时具有较大的距离D₁；因此，本实施方式中所述定位槽沟1411的形成过程是先用蚀刻形成斜面槽沟后，再接下来以钻石刀将所述斜面槽沟进一步切割成横截面大致成矩形(倒ㄇ字型)的定位槽沟1412，如图8B所示。由此，在针对所述光波导145与所述光电芯片145进行定位时，可缩短两者间的距离，以提高光耦合效率。接下来，再将夹具146夹设于所述光波导145的另一端未承载于所述承载槽沟1411的部分，优选地使所述夹具146前端的一部分抵接于所述承载台141，以利于固定所述光波导145，如图7D所示(步骤S₂₃)。可以了解的是，其他实施方式中，也可事先将所述夹具146套设于所述光波导145后，再置放于所述承载槽沟1411；换句话说，可将套设有所述夹具146的光波导145整体视为本实施方式所述的光波导。

接下来，提供具有至少一个穿孔1471(此处显示4个)的固定座147，供所述光波导145的另一端穿设而过以进行固定，如图7E所示；其中，图7E所示结构即是本实施方式所称的光学机械组件(步骤S₂₄)。

接下来，将所述光学机械组件结合于基板10，如图7E所示；其中，两者结合的方式例如粘合、卡接或利用固定件来进行结合，并无特别限制(步骤S₂₅)。

接下来，在所述基板10上设置控制芯片12，如图7G所示；其中，设置一芯片在基板上的方式已是熟知的，所以在此不再赘述(步骤S₂₆)。

最后，利用打金线或在所述基板10上设置导线的方式电性连接所述控制芯片12及所述光电单元142的所述水平面142H上的所述两个电极143及143′，如图7H所示；其中，虽然图7H中所述水平面142H显示是所述光电单元142的上表面，但这并非用来限制本发明。例如，所述水平面142H也可以是所述光电单元142的下表面(步骤S₂₇)。

本实施方式中，通过所述光电单元142形成两个电极143及143′自其水平面142H延伸到其操作面142V，可以同时利于与所述控制芯片12电性连接并能够直接生成平行于所述承载台141的光信号。因此，所述光波导145的前端面不需研磨成45度角，它可以在垂直于所述承载台141的上表面进行设置。本实施方式中，所述承载台10的上表面是平行于所述基板10的表面。

综上所述，熟知的光学机械组件中必须使用光路转向机构来输出及接收光信号，且必须在光纤上形成45度角的反射镜面，因而具有较复杂的制作程序。本发明还提供一种光学机械组件和光电封装(图4和5)，它可直接生成平行基板的光信号，并具有低制作复杂度和良好的光耦合效率。

虽然本发明已经用前述实施方式揭示，然而它并非用来限制本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作各种变动与修改。因此本发明的保护范围应该以所附的权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种光学机械组件，该光学机械组件包含：

承载台，该承载台的上表面具有相互连通的定位槽沟和至少一个承载槽沟，所述承载槽沟垂直地朝向所述定位槽沟的一侧延伸出来；

至少一个光电单元，该光电单元包含光电芯片和两个电极，该光电单元还具有水平面和操作面，其中所述两个电极从所述水平面延伸至所述操作面，所述光电芯片设置在所述操作面并耦接所述两个电极，所述光电单元设置在所述定位槽沟的另一侧且所述光电芯片定位于所述承载槽沟；

至少一个光波导，该光波导的一端设置在所述承载槽沟内；以及

固定座，该固定座设有至少一个穿孔以供所述光波导的另一端穿过。

2.根据权利要求1所述的光学机械组件，其中所述光电芯片是激光芯片或光检测器；所述光波导是包有光纤套圈和夹具的光纤。

3.根据权利要求1所述的光学机械组件，其中所述水平面是所述光电单元的上表面或下表面且平行于所述承载台的所述上表面。

4.根据权利要求1所述的光学机械组件，其中所述定位槽沟的横截面是倒ㄇ字型；所述水平面与所述操作面呈90度夹角。

5.根据权利要求1所述的光学机械组件，其中所述光波导的前端面垂直于所述承载台的所述上表面。

6.一种光电封装，该光电封装包含：

基板；

控制芯片，设置在所述基板上；以及

光学机械组件，设置在所述基板上并耦接所述控制芯片以输出或接收光信号，所述光学机械组件包含：

承载台，所述承载台的上表面形成有相互连通的定位槽沟和至少一个承载槽沟，所述承载槽沟垂直地朝向所述定位槽沟的一侧延伸出来；

至少一个光电单元，该光电单元包含光电芯片和两个电极，该光电单元还具有水平面和操作面，其中所述两个电极从所述水平面延伸至所述操作面，所述光电芯片设置在所述操作面并耦接所述两个电极以输出或接收所述光信号，所述光电单元设置在所述定位槽沟的另一侧且所述光电芯片定位于所述承载槽沟，所述两个电极分别用导线耦接所述控制芯片；

至少一个光波导，该光波导的一端设置在所述承载槽沟内；和

7.根据权利要求6所述的光电封装，其中所述光电芯片是激光芯片或光检测器；所述光波导是包有光纤套圈和夹具的光纤。

8.根据权利要求6所述的光电封装，其中所述水平面是所述光电单元的上表面或下表面且平行于所述承载台的所述上表面；所述两个电极的位于所述水平面的部分分别连接所述导线。

9.根据权利要求6所述的光电封装，其中所述定位槽沟的横截面是倒ㄇ字型；所述水平面与所述操作面呈90度夹角。

10.根据权利要求6所述的光电封装，其中所述光波导的前端面垂直于所述承载台的所述上表面。