CN103389548A - 光学连接部件和光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学连接部件和光学组件，该光学连接部件包括：基板片；光学元件，其安装在所述基板片上；以及透镜部件，其包括与所述光学元件光学连接的透镜部。所述透镜部件与所述基板片之间形成有用于容纳所述光学元件的容纳空间。所述容纳空间仅经由微小的连通部与外部连通。

Description

光学连接部件和光学组件

技术领域

本发明涉及能够进行电信号和光信号之间的转换的光学连接部件和光学组件。

背景技术

在专利文献1中，光传输装置（光学连接部件）包括光学元件、适于容纳该光学元件的容纳部件（基板）、和与该光学元件相连并适于将容纳部件的开口部封闭的光波导（透镜部件）。该光波导借助粘接剂贴附到容纳部件上，以封闭开口部。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本专利申请公开No.2010-152075

同时，可以设想，在光学连接部件中，透镜部件用具有高耐热性的树脂形成，从而可以利用回流焊接将该透镜部件与光学元件一起共同安装在基板上。

然而，即使使用具有高耐热性的树脂，由于焊料的熔化温度高于树脂的玻璃化转变点，所以存在如下的可能性：当进行回流焊接时，热量使透镜部件变形。

此外，光学连接部件在操作时的温度和非操作时的温度之间具有大的差异，并且这种大的温度变化反复施加在透镜部件上。于是，在透镜部件贴附到基板上的情况下，这种温度变化使得透镜部件膨胀或收缩，从而大的应力反复施加在粘接剂上。因此，存在透镜部件从基板上滑脱的可能性。

此外，光学连接部件构造成光学元件在光接收表面朝上的情况下安装在基板上，并且透镜部件设置成从上方覆盖光学元件。因此，由于透镜部件阻挡了光学元件处产生的热量，所以存在光学元件散热不充分的可能性。

发明内容

本发明提供一种如下的光学连接部件和光学组件，其抑制了透镜部件的热变形，不降低粘接力，并且提高了光学元件的散热性能。

根据示例性实施例的光学连接部件包括：

基板片；

光学元件，其安装在所述基板片上；以及

透镜部件，其包括与所述光学元件光学地连接的透镜部，

其中，所述透镜部件与所述基板片之间形成有用于容纳所述光学元件的容纳空间，

并且所述容纳空间仅经由微小的连通部与外部连通。

在所述光学连接部件中，所述连通部可以是设置在所述基板片中的通孔。

在所述通孔的内周面上可以施加有金属镀层。

在所述光学连接部件中，除了所述透镜部件的一部分之外，所述透镜部件可以借助粘接剂固定到所述基板片上，并且所述连通部可以是所述透镜部件的没有涂覆粘接剂的部分与所述基板片之间的间隙。

在所述光学连接部件中，所述连通部可以是设置在所述透镜部件中的通孔。

所述光学连接部件还可以包括：

驱动电路，其安装在所述基板片上，被容纳在所述容纳空间中，并且适于驱动所述光学元件；以及

散热件，其一端与所述驱动电路热连接，另一端延伸到所述容纳空间的外部，

其中所述透镜部件设置有插入孔，

所述散热件经由所述插入孔延伸到所述容纳空间的外部，

并且所述连通部是所述散热件与所述插入孔之间的间隙。

所述光学连接部件还可以包括设置在所述连通部中的防水通风过滤器。

一种根据示例性实施例的光学组件包括：

所述光学连接部件；

安装板，所述基板片安装在所述安装板上；以及

外壳，其适于容纳所述基板片和所述安装板，

其中所述散热件与所述外壳热学地连接。

根据本发明示例性实施例的光学连接部件和光学组件，由于容纳有光学元件的容纳空间经由设置在基板片上的连通部与外部连通，所以热量难以留在透镜部件内，从而抑制了透镜部件的热变形。此外，由于在光学组件操作时透镜部件的温度升高是困难的，所以降低了施加到粘接剂上的应力，从而成功地保持透镜部件与基板片之间的粘接力。

附图说明

图1是光学组件的剖视图，根据本发明第一实施例的光学连接部件安装在该光学组件上。

图2是根据本发明第一实施例的光学连接部件的剖视图。

图3是根据本发明第二实施例的光学连接部件的剖视图。

图4是根据本发明第三实施例的光学连接部件的剖视图。

图5是根据本发明第四实施例的光学连接部件的剖视图。

图6是光学组件的剖视图，图5所示的光学连接部件安装在该光学组件上。

具体实施方式

（第一实施例）

现在将参考附图描述根据本发明的光学连接部件10的第一实施例。该光学连接部件10用于进行电信号和光信号之间的相互转换，并且安装在例如光学组件1上，该光学组件用来将电子设备之间的电信号替换为相对应的光信号从而高速地进行信号传输。

图1是光学组件1的剖视图。光学组件1包括长方体的盒形外壳2，外壳2中形成有内部空间S1。内部空间S1中设置有：连接基板3的一部分、安装在连接基板3上的光学连接部件10、电连接到光学连接部件10的波形整形器4、和光纤5的光学耦合到光学连接部件10的一个端部。

从与光学组件1相连的一个外部设备输入的电信号通过设置在连接基板3上的配线输入到波形整形器4。波形整形器4用来对电信号的波形进行整形，以将经过整形的电信号输出给光学连接部件10。光学连接部件10用来将经过整形的电信号转换成光信号，以通过光纤5向其它外部设备发送这样的光信号。相反，从其它外部设备经由光纤5输入的光信号被光学连接部件10转换成电信号，该电信号由波形整形器4进行波形整形，并且通过设置在连接基板3上的配线输出到一个外部设备。

图2是根据本发明第一实施例的光学连接部件10的剖视图。

光学连接部件10包括基板片20、安装在基板片20上的光学元件40、电连接到光学元件40的电路元件41、和光学连接到光学元件40的透镜部件30。基板片20借助焊球（solder ball）22安装在连接基板3上（参见图1）。

光学元件40设置在印刷电路板20的上表面20a上。光学元件40包括以竖直腔面发射激光器（VCSER）为代表的光发射元件和以光电二极管（PD）为代表的光接收元件。光学元件40以光发射/光接收表面朝上的方式安装在基板片20的上表面20a上。

电路元件41由用于向光学元件40的光发射元件输入电信号的驱动IC和用于将来自光学元件40的光接收元件的电信号放大的互阻抗放大器（TIA）构成。

透镜部件30包括朝向光学元件40的元件侧透镜部31、朝向光纤5端面的光纤侧透镜部32、和将元件侧透镜部31和光纤侧透镜部32光学连接起来的反射面33。这样，光学元件40借助透镜部件30与光纤5光学连接。

该透镜部件30是由玻璃化转变点比焊料的熔化温度高的透明树脂形成的树脂成型制品。例如，透镜部件30可以由ULTEM（注册商标）和/或TERALINK（注册商标）形成。

该透镜部件30构造成在基板片20侧设置有凹部34，凹部34和基板片20的上表面20a之间形成容纳空间S2。光学元件40和电路元件41容纳在容纳空间S2内。在透镜部件30的与基板片20的上表面20a相接触的下表面35的外周处，粘接剂50涂覆在透镜部件30的整个圆周上，并且透镜部件30无间隙地粘合到基板片20的上表面20a上。

在基板片20中设置有微小的通孔（连通部）21。这样，容纳空间S2仅经由该微小的通孔21与容纳空间S2的外部连通。此外，通孔21的内周面21a上可以施加有金属镀层。另外，可以在通孔21中设置防水通风过滤器，该防水通风过滤器具有不允许水通过但允许空气通过的功能。优选的是，通孔21的直径是50μm至500μm。此外，可以设置多个通孔21。

根据如上所述的本发明第一实施例的光学连接部件10，容纳有光学元件40的容纳空间S2经由设置在基板片20中的通孔21与容纳空间S2的外部连通。因此，光学元件40处产生的热量可以经由通孔21消散至外部。因此，可以提高光学元件40的散热性能。具体地说，由于当光学元件40的光发射元件暴露于高温环境时，光发射效率降低。因此，根据该实施例的光学连接部件10，光学元件40的光发射元件能够以高的光发射效率稳定地发射光。

此外，由于光学元件40处产生的热量可以消散至外部，所以热量难以留在透镜部件30内，这样可以抑制透镜部件30发生热变形。因此，透镜部件30的元件侧透镜部31、反射面33和光纤侧透镜部32的相对位置难以改变。为此，即使长时间使用光学连接部件10，也能成功地保持光学元件40和光纤5之间的光学耦合。

此外，因为热量可以以这种方式经由通孔21消散掉，所以即使透镜部件30设置成覆盖光学元件40，光学元件40产生的热量也难以使透镜部件30的温度上升。于是，可以抑制透镜部件30在光学连接部件10操作时的温度与光学连接部件10不操作时的温度之间存在温度差。为此，可以抑制由于透镜部件30的温度变化导致的膨胀和收缩。因此，不会对将透镜部件30固定在基板片20上的粘接剂50施加重负荷，从而可以长时间将透镜部件30稳定地固定在基板片20上。

此外，透镜部件30由玻璃化转变点比焊料的熔化温度高的透明树脂形成。因此，即使借助回流焊接将基板片20与诸如波形整形器4等电气元件一起安装到连接基板3上，透镜部件30也不可能发生变形。于是，由于可以采用回流焊接执行共同安装工作，所以能够以低成本提供光学连接部件10。

此外，由于通孔21在设置于光学元件40的光发射/光接收表面的相反侧的基板片20中开口，所以可能通过通孔21进入的灰尘难以聚集在光发射/光接收表面上。具体地说，优选的是，提供直径为100μm至300μm的多个通孔21，从而光学元件40处产生的热量可以消散至外部，并可以有利地防止灰尘进入。

此外，由玻璃环氧树脂等形成的基板片20的热变形小于透镜部件30的热变形。为此，可以将通孔21的尺寸设定为小值。因此，防水特性和防尘特性可以得到改善。当防水通风过滤器附接到通孔21中时，能够进一步提高防水特性或防尘特性。

此外，当金属镀层施加到通孔21的内周面上时，能够利用金属镀层将容纳空间S2内的热量高效地传递到外部。

（第二实施例）

现在将参考图3描述根据本发明第二实施例的光学连接部件10A。在该实施例中，相同的附图标记分别表示与前面描述的第一实施例中光学连接部件10的部分相同的部分，并且省略对它们的重复说明。

图3是根据第二实施例的光学连接部件10A的剖视图。

如图3所示，除了透镜部件30的一部分之外，透镜部件30借助粘接剂50固定到基板片20上。即，透镜部件30的下表面35和基板片20的上表面20a借助粘接剂50粘合起来而形成局部没有涂覆粘接剂50的部分。在局部没有涂覆粘接剂50的部分处，在透镜部件30和基板片20之间形成间隙（连通部）36。优选的是，间隙36的尺寸为50μm至500μm。

根据该实施例的光学连接部件10A，能够使容纳空间S2内的热量经由间隙36消散至外部。此外，由于没有必要在基板片20中设置通孔，所以基板片20的加工变得容易。

（第三实施例）

现在将参考图4描述根据本发明第三实施例的光学连接部件10B。在该实施例中，相同的附图标记分别表示与前面描述的实施例中光学连接部件10、10A的部分相同的部分，并且省略对它们的重复说明。

图4是根据第三实施例的光学连接部件10B的剖视图。

如图4所示，可以在透镜部件30中设置用作连通部的通孔37。如图所示，通孔37可以设置在透镜部件30的上表面中，或者可以设置在透镜部件30的侧表面中。优选的是，通孔37的直径是50μm至500μm。此外，可以设置多个通孔37。由于根据该实施例的光学连接部件10B构造成在透镜部件30中设置通孔37，所以即使在基板片20中没有用于设置通孔所需的空间的情形下，也能够将容纳空间S2内的热量消散至外部。

（第四实施例）

现在将参考图5描述根据本发明第四实施例的光学连接部件10C。在该实施例中，相同的附图标记分别表示与前面描述实施例中光学连接部件10、10A、10B的部分相同的部分，并且省略对它们的重复说明。

图5是根据第四实施例的光学连接部件10C的剖视图。

在根据该实施例的光学连接部件10C中，在透镜部件30的面对电路元件41的部分中设置有插入孔38。金属制成的散热件60插入到插入孔38中。散热件60的一端热学地连接到容纳空间S2内的电路元件41上，另一端从一端侧延伸出来并且贯穿插入孔38。因此，该另一端露出至容纳空间S2的外部。此外，在散热件60与插入孔38之间形成有作为连通部的间隙38a。优选的是，间隙38a的宽度是50μm至500μm。

根据该实施例的光学连接部件10C，能够将电路元件41所产生的热量经由散热片60有效地传递到外部以使由此传递的热量散发掉。此外，能够经由间隙38a将容纳空间S2内的热量消散至外部。

需要注意的是，虽然以在透镜部件30的面对电路元件41的部分中设置插入孔38以利用棒状散热件60将电路元件41与外部热学地连接起来为例说明了所示实例，但是本发明不限于这种布置。该插入孔38可以设置在偏离电路元件41的位置处而利用弯曲的散热件60将电路元件41与外部热学地连接起来。

现在将参考图6描述根据本发明的光学组件的实施例的实例。图6是根据该实施例的光学组件1A的剖视图。根据该实施例的光学组件1A构造成根据前述第四实施例的光学连接部件10C安装在连接基板3上，其中光学连接部件10C的散热件60的上端60a与外壳2接触。

根据该实施例的光学组件1A，电路元件41处产生的热量经由散热件60传递到具有大热容量的外壳2。因此，能够更有效地将电路元件41处产生的热量消散至容纳空间S2的外部。因此，进一步提高了光学组件1A的散热性能。

应该注意的是，本发明的光学连接部件不限于前述各实施例，必要时可以进行修改和/或改进。

虽然例如在上述实施例中已经说明了光学连接部件安装在光学组件1中的实例，但是本发明不限于该实例。例如，在将个人计算机和监视器光学连接起来的情况下，光学连接部件可以如上所述安装在与个人计算机相连的光学组件1上，或者光学连接部件可以安装在个人计算机的主板上。

此外，前述各实施例中的透镜部件30仅仅是一个实例。例如，可以采用如下构造：元件侧透镜部31和光纤侧透镜部32布置成直线，并且光学元件40和光纤5直线地光学连接起来。

此外，虽然在上述实施例中以将电路元件41与光学元件40一起容纳在容纳空间S2中为例进行了说明，但是可以采用如下构造：可以仅仅光学元件40容纳在容纳空间S2中，或者除了电路元件41之外的元件容纳在容纳空间S2中。

可以采用如下构造，即，可以将前述各实施例组合起来以构成光学连接部件，在该光学连接部件中，基板片20和透镜部件30中都设置有通孔。

此外，虽然在上述实施例中以透镜部件30直接安装在基板片20上为例进行了说明，但是本发明不限于该实例。例如，可以在透镜部件30和基板片20之间设置框架形支撑件，从而在透镜部件30和基板片20之间形成容纳空间S2以借助该支撑件将透镜部件30安装在基板片20上。在这种情况下，可以在支撑件中设置通孔作为连通部，或者可以利用支撑件与透镜部件30之间的间隙或支撑件与基板片20之间的间隙作为连通部。

Claims (12)

1.一种光学连接部件，包括:

基板片；

光学元件，其安装在所述基板片上；以及

透镜部件，其包括与所述光学元件光学地连接的透镜部，

其中，所述透镜部件与所述基板片之间形成有用于容纳所述光学元件的容纳空间，

并且所述容纳空间仅经由微小的连通部与外部连通。

2.根据利要求1所述的光学连接部件，其中，

所述连通部是设置在所述基板片中的通孔。

3.根据权利要求2所述的光学连接部件，其中，

在所述通孔的内周面上施加有金属镀层。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学连接部件，其中，

除了所述透镜部件的一部分之外，所述透镜部件借助粘接剂固定到所述基板片上，

并且所述连通部是所述透镜部件的没有涂覆粘接剂的部分与所述基板片之间的间隙。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学连接部件，其中，

所述连通部是设置在所述透镜部件中的通孔。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学连接部件，还包括：

驱动电路，其安装在所述基板片上，被容纳在所述容纳空间中，并且适于驱动所述光学元件；以及

散热件，其一端与所述驱动电路热连接，另一端延伸到所述容纳空间的外部，

其中所述透镜部件设置有插入孔，

所述散热件经由所述插入孔延伸到所述容纳空间的外部，

并且所述连通部是所述散热件与所述插入孔之间的间隙。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学连接部件，还包括：防水通风过滤器，其设置在所述连通部中。

8.根据权利要求2所述的光学连接部件，其中，

所述通孔的直径是50μm至500μm。

9.根据权利要求4所述的光学连接部件，其中，

所述间隙的尺寸是50μm至500μm。

10.根据权利要求5所述的光学连接部件，其中，

所述通孔的直径是50μm至500μm。

11.根据权利要求6所述的光学连接部件，其中，

所述间隙的宽度是50μm至500μm。

12.一种光学组件，包括：

根据权利要求6所述的光学连接部件；

安装板，所述基板片安装在所述安装板上；以及

外壳，其适于容纳所述基板片和所述安装板，

其中所述散热件与所述外壳热学地连接。

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