CN103649801B - 用于光学组件的可环境密封的封装 - Google Patents

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Abstract

一种光学封装可以实现将光电子部件(4)相对于所述光学封装外部的环境进行环境密封。该光学封装包括具有开口后端的包围构件(36)；以及包括柔性电路(62)的后端密封构件(60)。该光电子部件(4)被放置在所述包围构件(36)内并且所述后端由所述后端密封构件(60)密封，从而环境密封所述开口后端。该柔性电路(62)提供了所述光电子部件(4)和所述外部环境之间的电连接。

Description

用于光学组件的可环境密封的封装
技术领域
本发明总体涉及一种光学组件，并且更具体地说涉及一种用于光学组件的环境密封封装。
背景技术
由于利用光传输系统能够获得高可靠性以及大的带宽，所以使用光纤作为数字数据(包括语音数据)的介质已经变得普通。这些系统的基础是用于发送/接收光学信号以及复用/分用信号的光学组件，通常被统称为光电子(OE)部件。
在许多应用中，OE部件装置会遭受恶劣环境，例如水、高温、极寒、高海拔等等。一般地，为了在这种恶劣环境中可靠地工作，OE部件被制造为处于密闭套中，这在现有技术中成本是相当高的。此外，许多这种装置需要布没能够从密闭套的外部进入密闭套内的部件的电连接。在现有技术的装置中，密封电馈通方法通常使用昂贵的陶瓷或者玻璃绝缘材料面板，其具有对贯穿绝缘板中的开口的金属导电销的玻璃/焊料密封。这些方法是昂贵的并且必须小心地设计导体贯穿配置以同时对封装中的有源元件以及封装外部设置的电路互连阻抗匹配。
发明内容
所要求保护的发明提供一种与密封的光学接头连接方法结合高速柔性电路电子接口以用于光学耦合。一种光学封装允许光电子部件相对于所述光学封装外部的环境被环境密封。该光学封装包括具有开口后端的包围构件；以及包括柔性电路的后端密封构件。该光电子部件被放置在包围构件内并且后端由后端密封构件密封，从而环境密封开口后端。该柔性电路提供所述光电子部件和所述外部环境之间的电连接。
附图说明
本发明现将参考附图通过示例的方式进行描述，其中：
图1是使用真实位置工作台方法的现有技术光学组件的轴向视图；
图2是图1的现有技术光学组件的俯视图；
图3所示的是根据要求保护的发明的实施例的与凸缘组件耦合的光具座的一个方面；
图4所示的是根据要求保护的发明的实施例的滑管的一个方面；
图5所示的是根据要求保护的发明的实施例的压环和滑管；
图6-8所示的是以相继次序展示根据要求保护的发明的制作环境密封封装的步骤和结构的实施例的部分剖面图；
图9描述的是根据要求保护的发明的实施例的多层柔性电路；
图10A描述的是图9的多层柔性电路的一对部分的仰视图；并且图10B是沿图9的线A-A截取的相同一对部分的截面侧视图，示出了根据要求保护的发明的实施例的第一掩模/蚀刻步骤；
图11A和11B所示的是根据要求保护的发明的实施例的第二掩模/蚀刻步骤；
图12A和12B描述的是根据要求保护的发明的实施例的切割步骤；并且
图13是沿着轴线X-X旋转90度的图12A的侧视图。
具体实施方式
本要求保护的发明可用于提供一种用于任意种类的装置的环境密封封装。这里描述的一个实施例用于提供一种用于光学部件的气密密封，并且更具体地是提供一种由在美国专利7,511,258号中描述的技术和元件构建的光具座的气密密封，该专利的公开内容在这里通过引用的方式被完全地包括。应当理解的是本发明不局限于用于′258专利的光具座的环境密封封装的创建并且要求保护的发明应该被解释为包括对任意种类的装置的环境密封。然而，为了更方便地帮助解释要求保护的发明的实施例，以下描述了′258专利的某些方面；′258专利中给出了对现有技术更详细的说明并且其不需要被包括在这里用以理解要求保护的发明。
在′258专利中，描述了一种光学安装平台或者光具“座”，其采用具有V形槽的平台，该V形槽保证了安装在V形槽内的部件之间沿光轴的被动准直。′258专利描述了使用V形槽对准基底型的光学部件(即，非圆形的截面)，比如激光/光学检测器组件，并且在基底型光学部件上提供了侧面特征以允许其在V形槽之内可靠地安装，使得其光轴与安装在V形槽中的其他光学部件的光轴是同轴的。
参照图1和2，大致描述了′258专利的现有技术光具座1的整体构造。在图1和2中，使用光学真实位置工作台(TPB)方法分别示出了光学组件或者″光具座″1的轴向视图和俯视图。在这个示例中，该光具座1包括用于保持光学对准的第一和第二光学部件4、11的平台2。
该平台限定了V形槽3，其具有成一定的间距α的壁3a、3b。第一光学部件4被设置在V形槽3中。第一光学部件4具有第一光轴10a、参考表面15以及两侧面6a、6b，每侧面以一定的间距α从参考表面15向外倾斜。第一光学部件4被设置在V形槽3中，使得参考表面15相对于平台2的顶部表面14面向下，并且第一光学部件4的侧面6a、6b分别与V形槽3的壁3a3b平行接触。第二光学部件11同样被设置在V形槽3中。第二光学部件具有第二光轴10b以及具有至少两个接触点13a、13b的外围13。第二光学部件11设置在V形槽中使得接触点13a、13b接触V形槽3的壁3a、3b并且第二光轴10b与第一轴线10a是同轴的。
平台2用作光学组件的主底座。第一光学部件4是“基底型”光学部件，其指的是不具有圆形截面(例如，光纤以及套管)，而是替代地具有大致平面的基底的光学部件，其中该基地上可以附接一个或多个光学元件。基底型光学元件的例子包括有源激光/光学检测器子组件，其包括光-电转换装置以及相关的用于发送器/接收器电接口的激光驱动器/跨阻抗放大器电路，或者包括调制器、开关以及光子集成电路(PICs)的其他有源器件，或者诸如联结器、分路器、波分复用(WDM)/多路分路装置的其他无源器件，等等。这些有源型元件以及有源和无源型元件的组合通常需要电连接(电能、信号等等)。当制作环境密封封装时，电连接的问题变得重要，因为连接本身以及光学路径中任何暴露的光学表面必须与水分及其他环境条件隔离，并且从封装内部到封装外部的电连接路径必须能够保护内部元件不受外面的环境条件干扰。
现在将参考图3-13来描述要求保护的发明的一个实施例。这里的附图不是按比例绘制的并且在许多情况下尺寸被放大使得能够更好地的理解要求保护的发明。
参照图3，诸如上述的光具座1联接至凸缘组件30。凸缘组件30在一个优选实施例中是由金属材料制成，比如不锈钢，并且其具有沿其纵轴线的开口，包含光纤(未示出)的陶瓷套管11用众所周知的方式插入该开口。在本示例中，光具座1包括光学元件4，例如，硅晶片，其需要外部于围绕其的任意容器的电连接。
凸缘组件30包括柱形部分34，其具有大于陶瓷套管11的直径的预定直径，显然这是因为套管11必须穿过凸缘组件30。参照图4，包围构件可以包括滑管36，其被制造为具有大于柱形部分34的外径的内径，使得其可以滑动地但紧贴地安装在凸缘组件30的柱形部分34上。例如，柱形部分34的外径可以为3.65mm并且滑管36的内径可以为3.9mm。如以下将会更充分地描述的，滑管36以及凸缘组件30与前端密封构件(图4中未示出)配合以实现光具座1的气密密封。如图所示滑管36包括开口前端以及开口后端。
图5示出了可包括压环38的前端密封构件，该压环被设计成当压环和前端密封构件二者被插至凸缘组件30的柱形部分34上时，其滑动地安装在柱形部分34上并且紧贴在滑管36内。如在图5中以及随后的图6-8中所能看出的，在一个优选实施例中，滑管36以及压环38的配合端具有相应的斜面以帮助促进压环38紧贴地插入滑管36内。上面描述的滑管和压环的组合有助于制作封装的柱形部分(前端)上的密封，这在以下将会更详细地描述。滑管36还包括凸缘部分37，其目的在以下将被更详细地描述。
对于封装的后端，可气密密封的后端密封构件可以包括后端组件60，其如就图6-13所描述的来构造。图6-8是以相继次序示出制作根据要求保护的发明的一个实施例的环境密封封装的步骤和结构的部分剖面图。参照图6，可气密密封的后端组件60从多层柔性电路62开始制作。多层柔性电路的制作大致包括：视多层柔性电路将被使用的具体应用而定，在柔性介电材料比如LPI(液体可感光绝缘材料)和/或LCP(液晶聚合物)材料和/或之间夹入多层铜。(依据这一实施例的具体多层柔性电路62的制作细节通过参考下图9-13提供。)
从图6中可以看出，首先是压环38，然后是滑管36如示出的一样被插到凸缘组件30的柱形部分34上。明显的是，压环38的斜削部分被定位为面对滑管36的斜削部分。可气密密封的后端组件60被示出为处于相对于滑管36的凸缘部分37的未联接状态。由于滑管36可以沿着凸缘组件30的柱形部分34的长度上下移动，所以当如图6所示滑管36推开而不妨碍时，信号承载层63的舌部64可以方便地与光学元件4电连接。可以使用任意已知的用于将舌部64连接至光学元件4的技术(例如，覆晶柔性热压缩接合或者焊料凸点接合)。
参照图7，一旦舌部64电连接至光学元件4，如图所示，滑管36被推向可气密密封的后端组件60直至滑管36的凸缘部分37抵靠可气密密封的后端组件60的层66。在阅读对图9-12的详细解释之后将会明白，凸缘部分37被“插”入至层66使得其抵靠接地层，以提供装置的接地。可以使用任意已知将滑管36的凸缘部分37气密密封地联接至可气密密封的后端组件60的手段，例如，焊料接合或者激光接合。信号承载层63被夹在层66和层67之间，自外部环境将通往光学连接器的内部元件的电路径气密密封。这种气密连接允许通过信号承载层63的电能/信号端65在光学元件4和密封封装的外部之间气密地产生电连接，以下将会更充分地解释。
然后，如图8所示，压环38向下移动并且被推进滑管36的端部。在这一优选实施例中压环38的楔形端形状允许其被装配工具推入滑管36的内径之中，扩展滑管36以产生通过压环38施加在滑管36上的环向应力保持的径向表面密封，从而在连接器的前端的柱形部分34上产生气密密封。最后，后端密封板69的加入完成容器的气密密封并且因而保护内部物品(在本示例中，光学架以及安装在其上的所有部件)不受外部元件干扰。
在一个优选实施例中，导热胶带70或者类似的导热材料可以形成在平台2之上(如图所示，其形成在与V形槽3相反的平台2的一侧上)并且弯曲从而还接触凸缘组件30，如图6-8中的任一所示。这产生了自平台2至凸缘组件30的热路径，从而形成热沉以使热量远离光学元件4(其在很多情况下会产生大量的热量)。如果，例如，光学元件4形成在硅晶片上，硅晶片可以将热量从光学元件传递至平台2，平台又可以将热量沿着导热胶带70传递至凸缘组件30。
在一个优选实施例中，如上所述，多层柔性电路62以如图9所示的多层堆叠开始制造。在图9所示的示例中，多层堆叠从底层到顶层包括高温聚酰亚胺薄膜例如的底层，粘合层，铜接地层，高温聚酰亚胺膜中间层，在粘合层之上或者与之共存的铜信号迹线对(图中示出了3对)，接着是LPI顶层。应当理解的是该堆叠的初始构造仅仅是以示例的形式给出，并且该初始堆叠的众多变化对本领域技术人员而言将会是显而易见的，并且这些变化被认为包含在所附的权利要求中。得到的多层柔性电路提供了柔性电路“库存”材料，每个包括单对铜信号迹线的区段可以从该“库存”中被切割出来和使用。在图9的示例中，三个这种区域可以被切割出来。如这里使用的，术语“高温聚酰亚胺薄膜”意味着能够承受焊接温度在200-300℃范围内，优选为240-250℃范围内的任意聚酰亚胺薄膜。
从图9的俯视图中可以看出，这些铜信号迹线对(为了解释的目的被示出为可见的，但其实际上通过LPI顶层不是可见的，除非该顶层是透明的)在柔性电路的宽度内端接。如以下更详细地论述，铜信号迹线的端部最后将提供用于与光学元件4连接的焊接点。
图10A-10B、11A-11B以及12A-12B是多层柔性电路62的单对区段的仰视图和剖面图，并且示出了在可气密密封的后端组件60的柔性电路部分中产生的掩模/蚀刻的步骤。现在参见图10A和10B，在图10A中示出了图9的多层柔性电路的一对部分的仰视图，并且图10B是沿图9的线A-A截取的相同一对部分的截面侧视图。图10A的仰视图与沿图10B的箭头B取得的视图对应。
为了制作可气密密封的后端组件60，如图10A和10B所示，底层和粘合剂构成的相邻层通过使用已知的掩模和蚀刻技术以圆形被移除，如图所示。选择移除的圆形的尺寸从而暴露铜接地层并且提供用于连接至滑管36的凸缘部分37的接地和安装面，如上面就图8所描述的。
然后，如图11A和11B所示，使用已知的掩模和蚀刻技术移除暴露的铜接地层和其下方的中层的更小的圆形部分，从而暴露铜信号迹线对。然后，如图12A和12B中的虚线所示，通过靠近铜信号迹线对的粘合层以及通过LPI顶层制造三个切口，从而制作舌部64。最后，如图13所示(旋转90度的图12A的侧视图)，该舌部64在C方向被推动从而在适当的位置放置铜信号迹线，用于固定至光学元件4，如以上关于图6-8所示出的。
以上描述的掩模、蚀刻以及切割步骤的最终结果是制造具有舌64的“夹层”，舌64具有一对可固定至光学元件4的暴露的铜信号迹线，如图6-8所示。
为了提供到铜信号迹线63以及到其连接的光学元件4的电连接，重新参见图8，包括LPI顶层以及铜信号迹线的层67的端部可以受到蚀刻技术处理以移除层67的LPI层并且从而使铜信号迹线63的电能/信号端65向外部环境暴露，并且从而允许它们连接到电源或者其他电连接。虽然蚀刻部分在图中未示出，但是如何蚀刻层67的需要区域以暴露铜信号迹线63的电能/信号端65对于本领域技术人员显而易见。最后，如图6-8所示，后端密封板69的加入完成对容器的气密密封并且因而保护内部物品(在本示例中，光学架以及安装在其上的所有部件)不受外部元件影响。

Claims (8)

1.一种光学封装，其将光电子部件(4)相对于所述光学封装外部的环境进行环境密封，包括：
包围构件，其具有开口后端；以及
后端密封构件(60)，其包括柔性电路；
凸缘组件(30),其包括柱形部分(34)，套管(11)贯穿该柱形部分，所述柱形部分具有外径；
前端密封构件，所述前端密封构件与所述凸缘组件(30)以及所述包围构件联接，从而环境密封所述开口前端；其中，所述光电子部件(4)被放置在所述包围构件内并且所述后端由所述后端密封构件(60)密封，从而气密密封所述开口后端，并且其中所述柔性电路提供所述光电子部件(4)和所述外部环境之间的电连接；
所述包围构件包括滑管，该滑管具有比所述外径大的内径，所述滑管滑动地安装在所述柱形部分之上。
2.如权利要求1所述的光学封装，其中所述前端密封构件包括压环，该压环具有与所述滑管(36)的内径近似相等的内径以及使其能够被紧密地挤压在滑管(36)内部的外径尺寸。
3.如权利要求2所述的光学封装，其中所述压环具有便于其插入所述滑管(36)的斜削边缘。
4.如权利要求1所述的光学封装，所述后端密封构件(60)包括柔性电路组件，所述柔性电路组件包括具有形成在其中的导电路径的多层柔性电路，所述多层柔性电路具有与所述光电子部件(4)电连接的舌部(64)，以及提供从所述光学封装外的所述环境到所述导电路径的电连接的电能/信号端(65)。
5.如权利要求2所述的光学封装，其中所述后端密封构件(60)包括柔性电路组件，所述柔性电路组件包括具有形成在其中的导电通路的多层柔性电路，所述多层柔性电路具有与所述光电子部件(4)电连接的舌部(64)，以及提供从所述光学封装外的所述环境到所述导电路径的电连接的电能/信号端(65)。
6.如权利要求4所述的光学封装，其中所述多层柔性电路包括：
第一柔性介电材料层；
形成在所述第一柔性介电材料层上的第一粘合层；
形成在所述第一粘合层上的铜接地层；
形成在所述铜接地层上的第二柔性介电材料层；
形成在所述第二柔性介电材料层上的第二粘合层；
形成在所述第二粘合层上的铜信号迹线对；以及
形成在所述铜信号迹线对上的第三柔性介电材料层。
7.如权利要求6所述的光学封装，其中所述柔性介电材料包括高温聚酰亚胺薄膜。
8.如权利要求6所述的光学封装，其中所述柔性介电材料包括液体可感光绝缘材料、液晶聚合物、以及中的任意材料。
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