CN105093437A - 光传送模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供实现能不使用电连接器地安装于基板表面之外的安装面的光传送模块。光传送模块(1)具备：具备底部(11)、侧壁(12)及开口部的第一部件(10)；接合于第一部件的侧壁端面且封闭上述开口部的第二部件(20)；能在第二部件上装卸的连接器部件(30)；安装于第二部件的内表面(20a)的发光元件(40)；形成于内表面且横穿第一部件的侧壁，并向第一部件的内外延伸的配线；以及形成于侧壁的外表面的电极(14)。第二部件使从发光元件射出的光透过。电极的一侧的端部与向第一部件外延伸的上述配线的一侧的端部电连接，电极的另一侧的端部软钎焊于形成在安装光传送模块的基板表面(51)的配线。

Description

光传送模块
技术领域
本发明涉及将电信号转换为光信号，或将光信号转换为电信号的光传送模块。
背景技术
在电子设备中处理的信息量逐年增加。伴随该信息量的增加，电子设备内部的近距离的信息传送(信号传送)也使用光传送。用于光传送的光配线(光纤)比用于电传送的金属配线细，容易弯曲，也耐干扰是其一个原因。另外，在光传送、尤其高速传送中，还具有消耗电力比电传送少的优点。
上述那样的光传送使用将电信号转换为光信号，或将光信号转换为电信号的光传送模块。即，光传送使用具备光电转换功能的光传送模块。具体地说，在电子设备具备的基板上安装通信用芯片及光传送模块。光传送模块将从通信用芯片输入的电信号转换为光信号，或将从外部输入的光信号转换为电信号(专利文献1)。
在上述那样的状况下，用于光传送的光传送模块要求安装空间更小及成本更低。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2006-23777号公报
但是，对连接于光传送模块的光纤的大部分实施保护用的树脂涂层。因此，光纤一般怕热。另外，在光传送模块与光纤的连接部位使用高精度的树脂部件或粘接剂，这些也怕热。因此，在光传送模块与基板的连接上使用电连接器。即，为了将光传送模块安装于基板，需要电连接器。因此，光传送模块的安装空间变大，成本变高。特别地，在10ch以上的大型光传送模块中，由具有电连接器带来的安装空间的增大及成本上升的影响相对小，但在数ch的小型光传送模块中，由具有电连接器带来的安装空间的增大及成本上升的影响相对大。
发明内容
本发明的目的在于实现能不使用电连接器地安装于基板表面之外的安装面的光传送模块。
本发明的光传送模块是具备具有光电转换功能的光元件的光传送模块。该光传送模块具备：具备底部及侧壁且一面开口的第一部件；接合于上述第一部件的上述侧壁的端面且封闭上述第一部件的开口部的第二部件；能在上述第二部件上装卸且连接光配线的连接器部件；安装于与上述第一部件的上述底部的内表面对置的上述第二部件的内表面的上述光元件；形成于上述第二部件的上述内表面且横穿上述第一部件的上述侧壁，并向上述第一部件的内外延伸的配线；以及形成于上述第一部件的上述侧壁的外表面的电极。上述第二部件使从上述光元件射出的光及/或入射至上述光元件的光的至少一部分透过。上述连接器部件改变透过上述第二部件的光的前进方向并入射至所连接的光配线，或者，改变从所连接的光配线射出的光的前进方向并入射至上述第二部件。上述电极的一侧的端部与向上述第一部件外延伸的上述配线的一侧的端部电连接，上述电极的另一侧的端部软钎焊于形成在安装该光传送模块的安装面的配线或电极。
在本发明的一方案中，具有规定上述第二部件与上述连接器部件的相对位置关系的多个配合机构。
在本发明的其他方案中，上述连接器部件搭载于与上述第二部件的上述内表面相反侧的上述第二部件的外表面。在该方案中，设有规定与上述第二部件的上述外表面平行的X方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系的第一配合机构、规定与上述第二部件的上述外表面平行且与上述X方向正交的Y方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系的第二配合机构、以及规定与上述第二部件的上述外表面垂直的Z方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系的第三配合机构。
在本发明的其他方案中，上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面和与该外表面对置的上述连接器部件的底面的凹凸构成。上述第三配合机构由一体形成于上述连接器部件，且能在上述第二部件上卡定及解除卡定的爪构成。
在本发明的其他方案中，上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面的槽与形成于上述连接器部件的上述底面且嵌合于上述槽的突起构成。构成上述第三配合机构的上述爪能弹性变形为与上述第二部件卡定的状态和解除与上述第二部件的卡定的状态。
在本发明的其他方案中，上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面和与该外表面对置的上述连接器部件的底面的凹凸构成。上述第三配合机构由横跨上述第二部件与上述连接器部件的、与上述连接器部件不同体的固定件构成。
本发明的效果如下。
根据本发明，能实现能不使用电连接器地安装于基板表面之外的安装面的光传送模块。
附图说明
图1是表示应用本发明的光传送模块的一例的立体图。
图2是图1所示的光传送模块的分解立体图。
图3是图1所示的光传送模块的底面侧立体图。
图4是沿图1所示的A-A的剖视图。
图5是第二部件内表面的放大俯视图。
图6是沿图5所示的B-B的剖视图。
图7是第二部件外表面的俯视图。
图8是表示图1所示的光传送模块的安装状态的剖视图。
图9是表示应用本发明的光传送模块的另一例的剖视图。
图10是表示应用本发明的光传送模块的另一例的剖视图。
图中：
1—光传送模块，10—第一部件，11—底部，11a—内表面(底部内表面)，11b—外表面(底部外表面)，12—侧壁，12a—端面(侧壁端面)，13—开口部，14、14a～14f—电极，15—右侧壁，15a—(右侧壁的)外表面，16—左侧壁，16a—(左侧壁的)外表面，17—封闭空间，20—第二部件，20a—(第二部件的)内表面，20b—(第二部件的)外表面，22、22a～22f—配线，30—连接器部件，30a—(连接器部件的)上表面，30b—(连接器部件的)底面，33a、34a—V槽，33b、34b—突起，35a、35b—爪，40—发光元件，41—驱动元件，43—光纤，44—光纤保持部件，50—基板，51—基板表面，52—配线，53—弯月面，60—固定件。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式的一例。图1所示的光传送模块1是应用本发明的光传送模块的一例。
图1所示的光传送模块1具有第一部件10、第二部件20及连接器部件30。第一部件10及第二部件20只由无机材料形成。具体地说，第一部件10及第二部件20由硅(Si)形成。另外，连接器部件30由树脂材料形成。
如图2所示，第一部件10具有底部11及侧壁12，具有一面开口的箱形的形状。换言之，第一部件10具有底部11、侧壁12及开口部13。另外，在第一部件10的对置的两个侧壁12的外表面形成多个电极14。具体地说，在一侧的侧壁12的外表面形成电极14a、14b、14c，在另一侧的侧壁12的外表面形成电极14d、14e、14f。
在以下的说明中，存在将形成有电极14a、14b、14c的第一部件10的侧壁12称为“右侧壁15”，将形成有电极14d、14e、14f的第一部件10的侧壁12称为“左侧壁16”的情况。另外，存在将右侧壁15的外表面称为“外表面15a”，将左侧壁16的外表面称为“外表面16a”的情况。另外，还存在将包括右侧壁15及左侧壁16的第一部件10的四个侧壁总称为“侧壁12”的情况。另外，还存在将包括外表面15a及外表面16a的侧壁12的外表面总称为“侧壁外表面”的情况。另外，存在将电极14a～14f称为“电极14”的情况。
电极14由形成于外表面15a、16a的截面半圆弧状的凹槽、形成于凹槽的表面的导电层构成。各个电极14在侧壁12的高度方向(图2的上下方向)延伸，一端到达侧壁12的端面12a(图2)，另一端到达底部11的外表面11b(图3)。另外，在图3中，省略对图1、图2所示的连接器部件30的图示。
如图1、2所示，第二部件20是大致长方形的板状部件，与侧壁12的端面12a接合，封闭第一部件10的开口部13。由此，如图4所示，在第一部件10的内侧形成封闭空间17。本实施方式的第二部件20利用等离子活性化低温接合直接接合在第一部件10的侧壁端面12a(图2)。因此，图2所示的第一部件10的开口部13被第二部件20气密地封闭。换言之，图4所示的封闭空间17是气密空间。
如图4所示，第二部件20的内表面20a与第一部件10的底部11的内表面11a对置。换言之，第二部件20的两个主面中、与第一部件10的底部内表面11a对置的主面是内表面20a，与内表面20a相反侧的主面是外表面20b。在此，第二部件20优选与第一部件10相同或比第一部件10稍大。本实施方式的第二部件20比第一部件10稍大。因此，接合于第一部件10的侧壁端面12a(图2)的第二部件20的周缘部21向第一部件10的外侧以凸缘状突出。
图5是示意地表示第二部件20的内表面20a的放大俯视图。如图5所示，在第二部件20的内表面20a倒装具有光电转换功能的光元件(在本实施方式中为发光元件40)、驱动该发光元件40的驱动元件41，并互相电连接。
如图4所示，安装于第二部件20的内表面20a的发光元件40及驱动元件41配置于第一部件10的内侧。即，发光元件40及驱动元件41收纳在由第二部件20气密地封闭的封闭空间17。本实施方式的发光元件40是垂直共振器面发光激光器(VCSEL：VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)，其光射出面与第二部件20的内表面20a对置。另一方面，第二部件20具有使从发光元件40射出的光透过的光学特性。即，第二部件20相对于从发光元件40射出的光的波长是透明的。另外，从本实施方式的发光元件40射出的光的中心波长是1050nm。其中，“第二部件20相对于从发光元件40射出的光的波长是透明的”并不只是使从发光元件40射出的光无损失地透过。在从发光元件40射出，并透过第二部件20的光维持必要充分的光强度(信号强度)的情况下，第二部件20相对于从发光元件40射出的光的波长是透明的。
再次参照图5。在第二部件20的内表面20a形成连接驱动元件41与规定的电极14(图2)的多个配线22。具体地说，在第二部件20的内表面20a至少形成配线22a、22b、22c、22d、22e、22f。各个配线22在配置于第二部件20的内表面20a的大致中央的驱动元件41与内表面20a的边缘(长边)之间延伸，一部分配线22环绕发光元件40并到达内表面20a的边缘。但是，图5所示的配线图案是一个例子。
另外，在第二部件20的内表面20a形成框状的绝缘层23。绝缘层23在第二部件20的周缘部21的内侧，沿周缘部21形成，与配线22局部地相交。如图6所示，绝缘层23在与各配线22的相交部覆盖该配线22。绝缘层23具有与第一部件10的侧壁端面12a(图2)大致相同的形状及尺寸，在该绝缘层23的表面接合侧壁端面12a。即，图5所示的绝缘层23的周围的区域是第二部件20的周缘部21。另外，本实施方式的绝缘层23由二氧化硅(SiO2)形成。
如图5所示，各个配线22越过第二部件20的周缘部21到达第二部件20的内表面20a的边缘。换言之，各个配线22横穿第一部件10的右侧壁15及左侧壁16(图2)并向第一部件10的内外延伸。如图3所示，向第一部件10外延伸的各配线22的一端部与电极14连接，与电极14电导通。在本实施方式中，对各配线22的端部与各电极14的端部进行软钎焊。具体地说，如图5所示，各个配线22的一端部连接于驱动元件41。另一方面，配线22a的另一端部连接于电极14a，配线22b的另一端部连接于电极14b，配线22c的另一端部连接于电极14c。另外，配线22d的另一端部连接于电极14d，配线22e的另一端部连接于电极14e，配线22f的另一端部连接于电极14f。另外，在本实施方式中，电极14a、14b、14d、14e是信号用，电极14f是电源用，电极14c是接地用。
如图1所示，在第二部件20的外表面20b搭载与第一部件10及第二部件20不同体的连接器部件30。如图2所示，连接器部件30以其底面30b与第二部件20的外表面20b对置的方式搭载在第二部件20上。但是，连接器部件30未永久地固定在第二部件20上，能在第二部件20上装卸。另一方面，在与底面30b相反侧的连接器部件30的上表面30a搭载安装于光纤43的端部的光纤保持部件44，并固定。光纤保持部件44具有形成有配置光纤43的V槽的下部件44a和与下部件44a重合并在与下部件44a之间夹持光纤43的上部件44b。
如图4所示，连接器部件30具备聚光透镜31及反射镜32，将从发光元件40射出并透过第二部件20的光的前进方向改变90度地入射至光纤43。即，连接器部件30对发光元件40与光纤43进行光耦合。
为了有效地使发光元件40与光纤43进行光耦合，在本实施方式的光传送模块1上设有规定第二部件20与连接器部件30的相对位置的多个配合机构。以下具体地进行说明。
如图2所示，在第二部件20的外表面20b形成构成第一配合机构的V槽33a，在连接器部件30的底面30b，形成与V槽33a一起构成第一配合机构的突起33b。另外，在第二部件20的外表面20b形成构成第二配合机构的V槽34a，在连接器部件30的底面30b形成与V槽34a一起构成第二配合机构的突起34b。即，第一配合机构及第二配合机构由形成于第二部件20的外表面20b和与该外表面20b对置的连接器部件30的底面30b的多个凹凸构成。另外，在连接器部件30上一体形成构成第三配合机构的一对爪35a、35b。如后所述，爪35a、35b能卡定在第二部件20上且能解除卡定。
如图2、图7所示，构成第一配合机构的V槽33a与第二部件20的长度方向平行地延伸，构成第二配合机构的V槽34a在与V槽33a正交的方向上延伸。另外，如图2所示，构成第一配合机构的突起33b与V槽33a在相同方向上延伸，构成第二配合机构的突起34b在与V槽34a相同的方向上延伸。在以下的说明中，将构成第一配合机构的V槽33a及突起33b的延伸方向定义为“Y方向”，将构成第二配合机构的V槽34a及突起34b的延伸方向定义为“X方向”，将与Y方向及X方向正交的方向定义为“Z方向”。换言之，Y方向及X方向与第二部件20的外表面20b平行，另一方面，Z方向与第二部件20的外表面20b垂直。
如图2所示，构成第三配合机构的一对爪35a、35b分别设在连接器部件30的X方向两侧，互相对置。并且，在各个爪35a、35b的前端(下端)设有向X方向内侧突出的卡定突出件36。
如图4所示，在第二部件20上搭载连接器部件30时，从连接器部件30的底面30b突出的突起33b、34b分别与形成于第二部件20的外表面20b的V槽33a、34a嵌合。于是，利用V槽33a及与之嵌合的突起33b，限制连接器部件30相对于第二部件20的X方向的移动。即，规定X方向的第二部件20与连接器部件30的相对位置关系。另外，利用槽34a及与之嵌合的突起34b，限制连接器部件30相对于第二部件20的Y方向的移动。即，规定Y方向的第二部件20与连接器部件30的相对位置关系。
同时，从连接器部件30延伸的爪35a、35b卡定在第二部件20。于是，利用横跨连接器部件30与第二部件20的爪35a、35b，限制连接器部件30相对于第二部件20的Z方向的移动。即，规定Z方向的第二部件20与连接器部件30的相对位置关系。具体地说，在各个爪35a、35b的卡定突出件36上设有锥面。当在第二部件20上载置连接器部件30时，各个卡定突出件36的锥面与第二部件20的外表面20b的边缘(角)抵接。之后，当将连接器部件30按压在第二部件20时，各个爪35a、35b向X方向外侧弹性变形。即，一方的爪35a的卡定突出件36与另一方的爪35b的卡定突出件36间的间隔扩大。当将连接器部件30进一步按压在第二部件20上时，各个爪35a、35b的卡定突出件36通过第二部件20的侧面，到达第二部件20的内表面20a侧。于是，各个爪35a、35b利用自身的弹性复原力向X方向内侧弹性变形，各个卡定突出件36卡定在第二部件20。更严格地说，各个卡定突出件36卡定在第二部件20的周缘部21。
如上那样，搭载于第二部件20的连接器部件30利用第一配合机构、第二配合机构及第三配合机构，在X方向、Y方向及Z方向三轴方向被定位。另外，可以明确的是，当使各个爪35a、35b向X方向外侧弹性变形时，解除这些爪35a、35b相对于第二部件20的卡定。即，爪35a、35b能弹性变形为卡定在第二部件20的状态和解除与第二部件20的卡定的状态。
图8表示安装于电子设备具备的基板50的光传送模块1。在将光传送模块1安装于基板50时，将一体化的第一部件10及第二部件20以第一部件10在下面的方式载置于基板表面51。于是，第一部件10的底部外表面11b与作为安装面的基板表面51对置。在此，在第一部件10的右侧壁15及左侧壁16形成多个电极14，这些电极14的一端到达底部外表面11b。因此，通过对第一部件10具备的电极14与形成于基板表面51的配线52进行软钎焊，能够电连接这些部件。具体地说，当将第一部件10的下端全周软钎焊于基板表面51时，将第一部件10及第二部件20固定于基板表面51，并且，利用形成于电极14与配线52之间的焊锡的弯月面53电连接电极14与配线52。
如上那样，在将第一部件10及第二部件20固定在基板50后，将固定了夹持光纤43的光纤保持部件44的连接器部件30搭载于第二部件20。但是，也可以在将连接器部件30搭载于第二部件20后，在连接器部件30上固定光纤保持部件44。
如上那样，本实施方式的光传送模块1能不使用电连接器地直接安装于安装面。因此，能缩小安装空间，也减少成本。
另外，本实施方式的第一部件10及第二部件20只由无机材料形成，即使加热这些部件，也不会担心有机溶剂等气化。另外，由于收纳发光元件40及驱动元件41的封闭空间17被气密封闭，因此，也不必担心气化的有机溶剂或焊剂浸入封闭空间17。因此，电极14与配线22(图3)的软钎焊能使用回流方式。
另外，本实施方式的连接器部件30能在第二部件20上装卸。换言之，如图8所示，能在对电极14与配线52进行软钎焊后，在第二部件20上安装连接器部件30。即，不必担心由于对电极14与配线52进行软钎焊时的热量使光纤43或连接器部件30与光纤保持部件44的接合部分受损等，因此，电极14与配线52的软钎焊也能采用回流方式。
除此之外，收纳发光元件40及驱动元件41的封闭空间17被气密封闭，因此，即使在高温高压的环境下使用，水分或气体(包括空气)也不会浸入封闭空间17。但是，根据预定的使用环境或制造环境，只要封闭空间17被封闭便足够，可以不进行气密封闭。
本发明未限定于上述实施方式，能在不脱离其主旨的范围内进行多种改变。例如，上述实施方式的光传送模块具备的光元件是发光元件。但是，发光元件包括发光元件及受光元件双方。因此，代替发光元件设置受光元件的光传送模块或设有发光元件及受光元件双方的光传送模块也包含于本发明的技术范围。另外，在设有发光元件的情况下，还设有对该发光元件的输出进行增幅的增幅元件。
另外，也能代替光纤，使用具有挠性的形成为膜状的光导波路。光纤或光导波路是形成光传送路径的光配线。
在制造过程中除了回流软钎焊之外还包括其他加热工序的情况下，优选第一部件及第二部件的材料是无机材料，但这些材料未限定于无机材料。另外，即使在第一部件及第二部件的材料是无机材料的情况下，该无机材料也未限定于硅(Si)，例如可以使用玻璃材料。但是，第二部件的材料要求使从发光元件射出的光或入射至受光元件的光透过的光学特性。
连接器部件的材料未限定于树脂材料，例如可以使用玻璃材料。在连接器部件的材料使用玻璃材料之外的硬质材料的情况下，还存在上述实施方式的爪35a、35b(图2)难以一体成形的情况。在这种情况下，优选利用与连接器部件不同体的固定件构成第三配合机构。图9表示与连接器部件30不同体的固定件60的一例。图示的固定件60是合成树脂制的夹子，以横跨第二部件20与连接器部件30的方式安装于这些部件20、30。具体地说，形成于固定件60的一端的卡定突出件60a卡定在第二部件20，形成于固定件60的另一端的卡定突出件60b卡定在连接器部件30所固定的光纤保持部件44。另外，图9所示的固定件60的材料未限定于合成树脂。例如，也能够利用金属板形成与图9所示的固定件60具有相同或实质上相同的形状及功能的固定件。另外，即使在连接器部件的材料是树脂材料的情况下，也能利用与连接器部件不同体的固定件，固定第二部件与连接器部件。
另外，如图10所示，还具有爪35a、35b的卡定突出件36分别卡定在形成于第一部件10的侧壁12的卡定凹部的实施方式。在该实施方式中，能省略第二部件20的周缘部21(图4)。即，能够使第二部件20为与第一部件10相同的大小，因此，能使光传送模块1进一步小型化。另外，由于应力难以施加在第一部件10与第二部件20的接合面，因此，提高接合的可靠性。
可以在第二部件上设置校准透镜，将上述实施方式的聚光透镜31(图4)改变为校准透镜。通过采用这种双透镜系统，能提高相对于位置偏离的公差。
安装本发明的光传送模块的安装面未限于电子设备具备的基板的表面。例如，本发明的光传送模块也能安装在电子部件上。在该情况下，搭载光传送模块的电子部件的包装表面等为安装面。

Claims (6)

1.一种光传送模块，其具备具有光电转换功能的光元件，该光传送模块的特征在于，
具备：
第一部件，其具备底部及侧壁，且一面开口；
第二部件，其接合于上述第一部件的上述侧壁的端面，且封闭上述第一部件的开口部；
连接器部件，其能在上述第二部件上装卸，且连接光配线；
上述光元件，其安装于与上述第一部件的上述底部的内表面对置的上述第二部件的内表面；
配线，其形成于上述第二部件的上述内表面，横穿上述第一部件的上述侧壁，并向上述第一部件的内外延伸；以及
电极，其形成于上述第一部件的上述侧壁的外表面，
上述第二部件使从上述光元件射出的光及/或入射至上述光元件的光的至少一方透过，
上述连接器部件改变透过上述第二部件的光的前进方向并入射至所连接的光配线，或者，改变从所连接的光配线射出的光的前进方向并入射至上述第二部件，
上述电极的一侧的端部与向上述第一部件外延伸的上述配线的一侧的端部电连接，
上述电极的另一侧的端部软钎焊于形成在安装该光传送模块的安装面的配线或电极。
2.根据权利要求1所述的光传送模块，其特征在于，
具有规定上述第二部件与上述连接器部件的相对位置关系的多个配合机构。
3.根据权利要求2所述的光传送模块，其特征在于，
上述连接器部件搭载于与上述第二部件的上述内表面相反侧的上述第二部件的外表面，
具有：
第一配合机构，其规定与上述第二部件的上述外表面平行的X方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系；
第二配合机构，其规定与上述第二部件的上述外表面平行且与上述X方向正交的Y方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系；以及
第三配合机构，其规定与上述第二部件的上述外表面垂直的Z方向的上述第二部件和上述连接器部件的相对位置关系。
4.根据权利要求3所述的光传送模块，其特征在于，
上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面和与该外表面对置的上述连接器部件的底面的凹凸构成，
上述第三配合机构由一体形成于上述连接器部件，且能在上述第二部件上卡定及解除卡定的爪构成。
5.根据权利要求4所述的光传送模块，其特征在于，
上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面的槽与形成于上述连接器部件的上述底面且嵌合于上述槽的突起构成，
构成上述第三配合机构的上述爪能弹性变形为与上述第二部件卡定的状态和解除与上述第二部件的卡定的状态。
6.根据权利要求3所述的光传送模块，其特征在于，
上述第一配合机构及上述第二配合机构的各个由形成于上述第二部件的上述外表面和与该外表面对置的上述连接器部件的底面的凹凸构成，
上述第三配合机构由横跨上述第二部件和上述连接器部件的、与上述连接器部件不同体的固定件构成。
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