CN103270443A - 光学模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

随着光学模块的高速化和小型化，变得难以提高安装精确度并且增加了用于安装的时间，相应地，一种光学模块包括模块基板；设置在模块基板上的第一光学部件；以及在垂直于模块基板的方向上从第一光学部件分开地设置的第二光学部件。第一光学部件还包括面对并且光学地连接到第二光学部件的第一光学主部，和不面对第二光学部件的、位于第一光学主部的周边中的第一周边部；第一周边部包括作为用于第一光学部件的设置位置的参考的第一基准标记；第二光学部件还包括作为用于第二光学部件的设置位置的参考的第二基准标记；并且当第一基准标记和第二基准标记被投影到平行于模块基板的平面上时，它们在同一直线上对准。

Description

光学模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及光学模块及其制造方法，特别地，涉及将被用于光学通信的光学模块及其制造方法。
背景技术
作为用于光学网络系统的关键器件，存在一种对于传输和接收光信号而言必要的主要部件被集成到其中的光学模块。关于在光学通信中将被用于接收器的光学模块，例如光纤、光电二极管（Photodiode：PD）和跨阻抗放大器（Trans-Impedance Amplifier:TIA）被安装在陶瓷封装中。光电二极管以光电方式转换通过光纤连接介质传输的光信号，并且跨阻抗放大器转换光电二极管的输出的电流信号的阻抗并且然后放大并且作为电压信号输出经转换的信号。
同时，因为近年来通信业务的快速增加，已经要求扩大光学网络系统的传输容量。随着光学网络系统加速和容量的增加，还已经要求小型化并且加速被用于光学通信的光学模块。为了加速，已知一项使得光学模块的内侧为多通道的技术。例如，已经研制了通过使用每一个具有10Gbs的传输速率的四个通道实现40千兆比特每秒（Giga bitsper second:Gbs）的传输速率和通过使用每一个具有25Gbs的传输速率的四个通道实现100Gbs的传输速率的光学模块。
为了小型化并且加速光学模块，有必要以高效率将光学模块中的光学元件光耦合，并且因此已经要求了高精确度安装。在专利文献1中描述了其中以高精确度执行光学地连接的光学模块的一个示例。
在专利文献1中描述的光学模块被配置成在基板上安装光学元件阵列并且在基板上将光学元件阵列光学地连接到光学波导阵列，该光学波导阵列包括位于阵列的外端处的光学波导通道中的光程改变反射镜结构。为了制造该光学模块，在通过施加偏压驱动光学元件阵列时，使得光学波导阵列接近光学元件阵列。并且然后，在从位于光学波导阵列通道的每一端处的光学波导通道监视通过光程改变反射镜输出的光信号时，在光学波导阵列通道和光学元件阵列之间执行光轴对准。在这之后，在光信号的输出在此处变成预期值的位置处在基板上固定光学波导阵列。认为这种配置使得光学波导阵列能够以高效率并且稳定地光学地连接到光学元件阵列。
在专利文献2中，描述了一种光学模块，其中在当实现它时将被利用来对准的光学半导体器件上形成至少一个器件标记符并且在当实现它时将被利用来对准的安装基板上形成至少一个安装标记符。在这个相关的光学模块中，器件标记符形成为平行于半导体波导并且进而使得至少端部达到碰到安装基板的端表面。并且安装标记符形成为平行于光学波导并且进而使得至少端部达到碰到光学半导体器件的端表面，并且进而被形成为使得它的端部位置可以与器件标记符的端部位置对准。认为通过这种配置在光学波导的端表面和半导体波导的端表面之间的空间变成零，并且因此与裂开精确度无关地，对于所有的产品，耦合效率能够得以稳定。
专利文献1：日本专利申请公开公报No.2009-288614（段落[0015]和[0020]，和图1）
专利文献2：日本专利申请公开公报No.2002-062447（段落[0011]和[0026]，和图1）
发明内容
本发明所要解决的问题
因为在上述专利文献1中描述的光学模块使用其中在光学波导阵列通道和光学元件阵列之间执行光轴对准的主动对准作为监视光信号，所以以高精确度获得对准精确度是可能的。然而，存在以下问题，即，如果光学模块中的通道的数目增加从而使得光学模块加速，则用于安装的时间增加。
同时，由于将光学模块多通道化等，在安装光学模块时的难度已经增加，例如，不仅关于位置精确度而且还关于角度方向均要求具有高精确度的那种对准精确度。然而，因为在专利文献2中描述的光学模块使用其中光学模块预先配备有用于安装的对准标记符的被动安装方法，所以已经存在难以提高安装精确度的问题。而且，由于小型化光学模块等，已经出现了在光学模块内以三维方式布置光学部件的需要。然而，已经存在以下问题，即，因为由于光学部件在竖直方向上相互重叠而变得难以检测对准标记符，所以安装位置不对准。
如上所述，在相关光学模块中，已经存在随着光学模块加速和小型化而难以提高安装精确度并且用于安装的时间增加的问题。
本发明的目的在于提供解决随着光学模块加速和小型化而难以提高安装精确度并且用于安装的时间增加的上述问题的一种光学模块及其制造方法。
问题解决方案
根据本发明的一个示例性方面的光学模块包括模块基板；设置在模块基板上的第一光学部件；以及在垂直于模块基板的方向上从第一光学部件分开地设置的第二光学部件，其中第一光学部件包括面对并且光学地连接到第二光学部件的第一光学主部，和不面对第二光学部件的、位于第一光学主部的周边中的第一周边部；第一周边部包括作为用于第一光学部件的设置位置的参考的第一基准标记；第二光学部件包括作为用于第二光学部件的设置位置的参考的第二基准标记；并且当第一基准标记和第二基准标记被投影到平行于模块基板的平面上时，它们在同一直线上对准。
根据本发明示例性方面的用于制造光学模块的方法包括以下步骤：形成包括第一光学主部和位于第一光学主部的周边中的第一周边部的第一光学部件；在第一周边部上形成作为用于第一光学部件的设置位置的参考的第一基准标记；形成被光学地连接到第一光学主部的第二光学部件；在第二光学部件上形成作为用于第二光学部件的设置位置的参考的第二基准标记；在模块基板上安装第一光学部件和第二光学部件；在垂直于模块基板的方向上相互分开地设置第一光学部件和第二光学部件使得第一光学主部面对第二光学部件，并且第一周边部不面对第二光学部件；并且执行对准使得当第一基准标记和第二基准标记被投影到平行于模块基板的平面上时，它们可以在同一直线上对准，并且将它们固定。
本发明的效果
根据本发明的光学模块及其制造方法，提高随着光学模块加速和小型化而要求的安装精确度是可能的，并且抑制用于安装的时间增加是可能的。
附图说明
图1A是示出根据本发明第一示例性实施例的光学模块的配置的平面视图。
图1B是示出根据本发明第一示例性实施例的光学模块的配置的侧视图。
图2是示出根据本发明第一示例性实施例的光学模块的另一个配置的平面视图。
图3是示出根据本发明第一示例性实施例的光学模块的再一个配置的平面视图。
图4A是示出根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的配置的平面视图。
图4B是示出根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的配置的侧视图。
图5A是示出根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的配置的一部分的平面视图。
图5B是示出根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的配置的一部分的侧视图。
图6A是示意用于制造根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的方法的平面视图。
图6B是示意用于制造根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的方法的侧视图。
图7A是示意用于制造根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的方法的平面视图。
图7B是示意用于制造根据本发明第二示例性实施例的光学接收器模块的方法的侧视图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例。
[第一示例性实施例]
图1A和1B是示出根据本发明第一示例性实施例的光学模块的配置的图表，图1A是平面视图并且图1B是侧视图。根据本发明的一个方面的光学模块100包括模块基板110、设置在模块基板110上的第一光学部件120和在垂直于模块基板110的方向上从第一光学部件120分开地设置的第二光学部件130。
第一光学部件120包括面对并且光学地连接到第二光学部件130的第一光学主部121和不面对第二光学部件130的、位于第一光学主部121的周边中的第一周边部122。第一周边部122配备有作为用于第一光学部件120的设置位置的参考的第一基准标记123。在另一方面，第二光学部件130配备有作为用于第二光学部件130的设置位置的参考的第二基准标记133。并且当第一基准标记123和第二基准标记133被投影到平行于模块基板的平面上时，它们在直线（A-A）上对准。
以此方式，在根据本示例性实施例的光学模块100中，如此进行配置，即，第一基准标记123被设置在并不面对第二光学部件130的第一周边部122上。因此，即使第一光学部件120和第二光学部件130被在垂直于模块基板的方向上设置，并且当它们被投影到平行于模块基板的平面上时存在重叠区域，第一基准标记123和第二基准标记133也根本不重叠。相应地，对准第一光学部件120和第二光学部件130的位置使得第一基准标记123和第二基准标记133可以被设置在同一直线上成为可能。如上所述，根据本示例性实施例，提高响应于光学模块的加速和小型化的安装精确度是可能的，并且因为主动对准是不必要的，所以抑制用于安装的时间增加是可能的。
使用例如其中第一光学主部121包括光接收元件的配置是可能的。此时，使用响应于多通道化的、由多个光接收元件构成的光接收元件阵列也是可接受的。这不限于此，使得第一光学主部121包括发光元件诸如半导体激光器也是可接受的。并且使得第一光学主部121使用响应于多通道化的、由多个半导体激光器元件构成的半导体激光器阵列也是可接受的。
使用例如其中第二光学部件130包括反射镜的配置是可能的。带有弯曲的反射表面的聚焦镜以及透镜和平面镜的组合的配置中的任何一种能够被用作反射镜。如在图1B中所示，第二光学部件130能够采用其中反射镜131被连接到平面光波导（Planar Lightwave Circuit:PLC）基板132的配置。
在图1A中，示意了其中越过由第二光学部件130占据的区域设置构成第一光学部件120的第一周边部122的情形。然而，这不限于此，如在图2中所示，其中第二光学部件130具有在用于第二光学部件130的区域中被切除的部分以面对第一周边部122的配置也是可接受的。在此情形中，因为使得第一光学部件120的外部尺寸和第二光学部件130的那些相同是可能的，所以光学模块100的进一步小型化能够得以实现。
图1A示意一种情形，其中第一光学部件120在每一个第一周边部122上一个接一个地配备有第一基准标记123，并且第一基准标记123和第二基准标记133在两个区域处在同一直线（A-A）上对准。然而，这不限于此，如在图3中所示，其中两条第一基准标记123被设置在每一个第一周边部122上，并且第一基准标记123和第二基准标记133除了直线（A-A）之外，还在第一直线（B-B）和第二直线（C-C）上对准的配置也是可接受的。在此情形中，因为在总共四个部分处，即，在平行于模块基板110的平面上的两个方向中的每一个的各两个部分处执行对准，所以进一步提高安装精确度成为可能。
接着，将描述一种用于制造根据本示例性实施例的光学模块100的方法。在下文中，将作为示例描述一种情形，其中光接收元件阵列被用作第一光学部件120并且被连接到图1B所示平面光波导（PLC）基板132的反射镜131被用作第二光学部件130。
首先，在半导体基板上形成光接收元件阵列，该光接收元件阵列包括构成第一光学主部的多个光接收元件，和对应于光接收元件的两端的、构成第一周边部的半导体基板区域。在每一个半导体基板区域上，例如，十字形的对准标记符利用蚀刻工艺等被形成为第一基准标记。并且形成了被光学地连接到该多个光接收元件的反射镜，并且在该反射镜上，还例如作为第二基准标记形成十字形对准标记符。
接着，光接收元件阵列和反射镜被安装到作为模块基板的陶瓷封装中。在本示例性实施例中，如在图1B中所示，反射镜131被安装到置入平面光波导（PLC）基板132的陶瓷封装中。此时，光接收元件阵列和反射镜在垂直于陶瓷封装的底面的方向上相互分开地设置使得该多个光接收元件可以面对反射镜，并且半导体基板区域可以不面对反射镜。即，通过在陶瓷封装中以三维方式设置光接收元件阵列和反射镜而小型化光学模块是可能的。并且然后执行对准，使得当光接收元件阵列和反射镜被投影到平行于陶瓷封装的底面的平面上时，它们的各自的对准标记符可以在同一直线上对准，并且然后它们被固定。通过以上过程，光学模块100已经完成。
如上所述，根据用于制造本示例性实施例的光学模块的方法，反射镜不在面对在其上形成光接收元件阵列的对准标记符的半导体基板区域的位置处形成。因此，光接收元件阵列的对准标记符和反射镜的那些并不相互重叠，并且因此，在其中光学模块已经被小型化的任一配置中提高安装精确度是可能的。
[第二示例性实施例]
接着，将描述本发明的第二示例性实施例。图4A和4B是示意根据本示例性实施例的接收光模块200的配置的图表，图4A是平面视图，并且图4B是侧视图。图5A和5B是示意根据本示例性实施例的光接收模块200的配置的一部分的放大视图，图5A是平面视图，并且图5B是侧视图。在本示例性实施例中，将作为示例描述一种情形，其中光学模块被应用于光接收模块200，该光接收模块200被用于对应于DP-QPSK方法的数字相干接收器。这里，DP-QPSK方法代表双线偏振正交相移键控方法。
光接收模块200包括平面光波导（PLC）基板210、光电二极管（PD）220，和改变从平面光波导（PLC）基板210发射的光的光程并且将光耦合到光电二极管（PD）220的聚焦镜230。平面光波导（PLC）基板210包括偏振分束器（PBS）和分束器（BS），并且用作相干混合器。平面光波导（PLC）基板210被与将来自光纤的光耦合到平面光波导（PLC）基板210的透镜211一起安装在器件载体212上。光电二极管（PD）220被与跨阻抗放大器（TIA）221和布线基板222一起安装在基板载体223上。这些构件被封装在陶瓷封装240中并且构成光接收模块200。
在对应于DP-QPSK方法的光接收模块200中，通过将光信号分离成TE偏振分量和TM偏振分量并且使得它们带有延迟地干扰局部偏振光而获得其每一种均由两对信号构成的四种信号，即，用于总共八个端口的输出信号。通过使用差分型跨阻抗放大器（TIA）221接收这些信号，通过光纤传输的调制光信号得以解调。以此方式，光接收模块200为了信号解调需要八个光电二极管（PD）元件和四个差分型跨阻抗放大器（TIA）221，以便从平面光波导（PLC）基板210的八个端口接收光信号。因此，包括八个光电二极管（PD）元件的光电二极管（PD）阵列被用作光电二极管（PD）220。
这里，如果在光电二极管（PD）220和每一个跨阻抗放大器（TIA）221之间的距离变得较长，则高频特性劣化。相应地，为了获得良好的电气特性，尽可能相互靠近地安装光电二极管（PD）220和跨阻抗放大器（TIA）221是理想的。因此，采用其中光电二极管（PD）220和跨阻抗放大器（TIA）221被邻近地设置并且光电二极管（PD）220接收向其弯曲并且从平面光波导（PLC）基板210输出的输出光的配置。结果，实现光接收模块200的加速和小型化是可能的。
为了抑制用于安装的时间增加，有必要安装无主动对准地仅仅使用设置在光电二极管（PD）220和聚焦镜230上的对准标记符的位置精确度作为参考的聚焦镜230。
在另一方面，在相关的被动安装方法中，对准标记符被分别地设置在光电二极管（PD）和镜上，并且执行安装过程使得各自的标记符可以相互重叠。然而，在此情形中，出现了如此问题，即，因为在光电二极管（PD）上的标记符与镜的阴影重叠，所以检查标记符的重叠是不可能的。即使作为镜的材料使用对于被用于检查标记符的激光束的波长而言具有大透射率的材料，也难以以高精确度执行安装，因为光程由于它的折射而敏锐地改变。
因此，在本示例性实施例中，如在图5A中所示，第一对准标记符224不面对聚焦镜230地被设置在光电二极管（PD）220的周边上。结果，解决因为当安装具有第二对准标记符231的聚焦镜230时对准标记符在聚焦镜230的阴影后隐藏所以不能检查对准标记符的重叠的问题是可能的。通过执行安装使得第一对准标记符224和第二对准标记符231可以在同一直线上对准而实现高精确度安装成为可能。
接着，将描述一种用于制造根据本示例性实施例的光接收模块200的方法。图6A、6B、7A和7B是示意用于制造根据本示例性实施例的光接收模块200的方法的图表，并且图6A和7A是平面视图，并且图6B和7B是侧视图。
如在图6A和6B中所示，首先，包括用于高频信号的电布线的布线基板222被安装在基板载体223上，并且使用布线基板222的布线图案作为基准将跨阻抗放大器（TIA）221安装在基板载体223上。随后，安装包括八个光电二极管元件的光电二极管（PD）220使得与跨阻抗放大器（TIA）221相对准。
接着，如在图7A和7B中所示，在于器件载体212上承载的平面光波导（PLC）基板210的发射边缘处安装聚焦镜230。随后，载有光电二极管（PD）220等的基板载体223被安装到陶瓷封装240中。最后，载有聚焦镜230等的器件载体212被安装到陶瓷封装240中。此时，八个光电二极管元件和聚焦镜230被在垂直于陶瓷封装240的底面的方向上相互分开地设置，使得八个光电二极管元件可以面对聚焦镜230，并且在其上不形成光电二极管元件的光电二极管（PD）220的周边可不面对聚焦镜230。并且然后，使用设置在其上不形成光电二极管元件的光电二极管（PD）220的周边上的第一对准标记符224和设置在聚焦镜230上的第二对准标记符231执行对准。即，执行对准从而当第一对准标记符224和第二对准标记符231被投影到平行于陶瓷封装240的底面的平面上时，它们可以在同一直线上对准，并且然后，它们被固定。
如上所述，根据用于制造本示例性实施例的光学模块的方法，聚焦镜230不被设置在面对在其上不形成光电二极管元件的光电二极管（PD）220的周边的位置处。因此，光电二极管（PD）220的对准标记符和聚焦镜230的对准标记符并不相互重叠，并且因此，在其中光接收模块已经被加速和小型化的任一配置中提高安装精确度是可能的。
本发明不限于上述示例性实施例并且能够在于权利要求中描述的本发明的范围内被不同地修改。显然这些修改也被包括在本发明的范围中。
该申请基于并且要求在2010年12月21日提交的日本专利申请No.2010-284140的优先权，其本公开在这里通过引用而被整体并入。
附图标记的说明
100  光学模块
110  模块基板
120  第一光学部件
121  第一光学主部
122  第一周边部
123  第一基准标记
130  第二光学部件
131  反射镜
132  平面光波导（PLC）基板
133  第二基准标记
200  光接收模块
210  平面光波导（PLC）基板
211  透镜
212  器件载体
220  光电二极管（PD）
221  跨阻抗放大器（TIA）
222  布线基板
223  基板载体
224  第一对准标记符
230  聚焦镜
231  第二对准标记符
240  陶瓷封装

Claims (6)

1.一种光学模块，包括：
模块基板；
第一光学部件，设置在所述模块基板上；以及
第二光学部件，在垂直于所述模块基板的方向上从所述第一光学部件分开地设置，
其中所述第一光学部件包括面对并且光学地连接到所述第二光学部件的第一光学主部，和不面对所述第二光学部件的、位于所述第一光学主部的周边中的第一周边部；
所述第一周边部包括作为用于所述第一光学部件的设置位置的参考的第一基准标记；
所述第二光学部件包括作为用于所述第二光学部件的设置位置的参考的第二基准标记；并且
当所述第一基准标记和所述第二基准标记被投影到平行于所述模块基板的平面上时，所述第一基准标记和所述第二基准标记在同一直线上对准。
2.根据权利要求1所述的光学模块，
其中所述第一光学主部包括多个光学元件。
3.根据权利要求1或者2所述的光学模块，
其中所述第一周边部包括多个所述第一基准标记；并且
当所述第一基准标记和所述第二基准标记被投影到平行于所述模块基板的平面上时，所述第一基准标记和所述第二基准标记在多条同一直线上分别地对准。
4.根据权利要求1、2和3中任何一项所述的光学模块，
其中所述第一光学部件包括光接收元件，并且所述第二光学部件包括反射镜。
5.根据权利要求1、2和3中任何一项所述的光学模块，
其中所述第一光学部件包括发光元件，并且所述第二光学部件包括反射镜。
6.一种用于制造光学模块的方法，包括步骤：
形成包括第一光学主部和位于所述第一光学主部的周边中的第一周边部的第一光学部件；
在所述第一周边部上形成作为用于所述第一光学部件的设置位置的参考的第一基准标记；
形成被光学地连接到所述第一光学主部的第二光学部件；
在所述第二光学部件上形成作为用于所述第二光学部件的设置位置的参考的第二基准标记；
在模块基板上安装所述第一光学部件和所述第二光学部件；
在垂直于所述模块基板的方向上相互分开地设置所述第一光学部件和所述第二光学部件，使得所述第一光学主部可以面对所述第二光学部件，并且所述第一周边部不可以面对所述第二光学部件；以及
执行对准，使得当所述第一基准标记和所述第二基准标记被投影到平行于所述模块基板的平面上时，所述第一基准标记和所述第二基准标记可以在同一直线上对准，并且将所述第一基准标记和所述第二基准标记固定。
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