CN106104340A - 光传送模块和光传送模块的制造方法 - Google Patents

光传送模块和光传送模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

光传送模块(1)具有：光元件(10)，其具有输出光信号的光的发光部(11)；中空圆筒体(30)，其与光元件(10)的光输出面(10SA)垂直地接合；配线板(20)，其第一主面(20SA)上安装有光元件(10)，中空圆筒体(30)贯穿插入于孔(20H)中；以及传送光信号的光纤(50)，其前端部插入于中空圆筒体(30)中。

Description

光传送模块和光传送模块的制造方法
技术领域
本发明涉及具有光元件和光纤的光传送模块，以及所述光传送模块的制造方法，其中，该光纤对所述光元件的发光部输出的光信号的光进行传送。
背景技术
在具有光元件和光纤的光传送模块中，发光部和光纤的准确的定位很重要，其中，该光纤对光元件的发光部输出的光信号的光进行传送。
例如，在日本特开2013-025092号公报中公开了具有以下部分的光传送模块：光元件；基板，其安装有光元件；以及光纤保持部件(套圈)，其具有光纤插入用的贯穿孔，其中，光纤对光元件所输出的光信号进行传送。通过将光纤插入于光纤保持部件的贯穿孔中而进行光元件的发光部和光纤的定位。
然而，不容易将比较大的光纤保持部件配置为其贯穿孔准确地位于发光部的正上方。并且，贯穿孔的内径优选与光纤的外径相同，但不容易精度良好地形成贯穿孔。并且，不容易高效地对光元件所产生的热进行散热。
发明内容
发明要解决的课题
本发明的实施方式的目的在于，提供光元件的发光部和光纤的定位精度高的光传送模块、以及光元件的发光部和光纤的定位容易的光传送模块的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式的光传送模块具有：光元件，其具有输出光信号的光的发光部；中空圆筒体，其与所述光元件的光输出面垂直地接合；配线板，其具有贯穿了第一主面和第二主面的孔，在所述第一主面上安装有所述光元件，所述中空圆筒体贯穿插入于所述孔中；以及传送所述光信号的光纤，其前端部被插入于所述中空圆筒体中，所示光纤的外径与所述中空圆筒体的内径相同。
并且，其他实施方式的光传送模块的制造方法具有以下工序：中空圆筒体接合工序，将中空圆筒体与光元件的光输出面垂直地接合，其中，所述光输出面输出光信号的光；安装工序，将所述中空圆筒体贯穿插入于具有贯穿了第一主面和第二主面的孔的配线板的所述孔中，将所述光元件安装于所述第一主面；以及光纤插入工序，将传送所述光信号光纤的前端部插入于所述中空圆筒体中，其中，所述光纤的外径与所述中空圆筒体的内径相同。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够提供光元件的发光部和光纤的定位精度高的光传送模块、以及光元件的发光部和光纤的定位容易的光传送模块的制造方法。
附图说明
图1是第一实施方式的光传送模块的剖视图。
图2是第一实施方式的光传送模块的分解图。
图3是第一实施方式的光传送模块的制造方法的流程图。
图4是第二实施方式的光传送模块的剖视图。
图5是第二实施方式的光传送模块的制造方法的流程图。
图6A是用于说明第二实施方式的光传送模块的制造方法的剖视图。
图6B是用于说明第二实施方式的光传送模块的制造方法的剖视图。
图6C是用于说明第二实施方式的光传送模块的制造方法的剖视图。
图6D是用于说明第二实施方式的光传送模块的制造方法的剖视图。
图7是第三实施方式的光传送模块的剖视图。
图8是第三实施方式的光传送模块的制造方法的流程图。
具体实施方式
<第一实施方式>
使用图1和图2对第一实施方式的光传送模块1进行说明。本实施方式的光传送模块1是将电信号转换为光信号并传送光信号的所谓的E/O模块。
光传送模块1具有光元件10、配线板20、中空圆筒体30以及光纤50。光元件10是具有发光部11的发光元件，该发光部11输出光信号的光。中空圆筒体30与光元件10的光输出面10SA垂直地接合。配线板20具有贯穿了第一主面20SA和第二主面20SB的孔20H，在第一主面20SA上安装有光元件10，中空圆筒体30贯穿插入于孔20H中。传送光信号的光纤50的前端部插入于中空圆筒体30中，光纤50的外径D50与中空圆筒体30的内径D30相同。
光元件10是例如光输出面10SA的尺寸为250μm×300μm的长方体的面发光激光芯片，在光输出面10SA上具有直径为20μm的发光部11和向发光部11提供驱动信号的电极12。并且，在发光部11的周围配设有圆环状的金属膜13，该金属膜13用于焊接中空圆筒体30。与形成电极12同时形成的金属膜13是例如由Ti/Ni/Cu构成的多层膜。
而且，在作为本实施方式的重要结构要素的中空圆筒体30中插入有光纤50的前端部，其中，中空圆筒体30垂直接合于光元件10的光输出面10SA之上并直立。中空圆筒体30通过焊料35与光元件10的金属膜13接合。中空圆筒体30的接合位置被金属膜13的位置唯一地决定。而且，通过例如光刻工艺，金属膜13与发光部11的相对位置被准确地配设。插入在与发光部11的相对位置准确的中空圆筒体30中的光纤50与发光部11的相对位置被准确地配置。
另外，只要中空圆筒体30的内径D30在光纤50的外径D50以上(D30≥D50)，就能够将光纤50插入到中空圆筒体30中。但是，在中空圆筒体30的内径D30远大于光纤50的外径D50(D30>>D50)的情况下，光纤50的定位精度降低。因此，中空圆筒体30的内径D30优选与光纤50的外径D50大致相等，例如(D50+10μm)≥D30≥D50，尤其优选为(D50+2μm)≥D30≥D50。
另外，例如，中空圆筒体30的外径在内径D30的1μm以上20μm以下并且长度在1mm以上10mm以下，只要能够相对于光元件10的光输出面10SA维持插入有光纤50的中空圆筒体30为直立状态即可。
而且，配线板20在第一主面20SA上具有与光元件10的电极12接合的连接电极21等。在中空圆筒体30贯穿插入于孔20H中的状态下，光元件10通过倒装芯片安装于配线板20。孔20H只要能够供中空圆筒体30贯穿插入即可，其大小和形状就没有特别限定。
在光传送模块1中，由于光纤50的前端部插入于被准确地接合在光元件10的规定位置处的中空圆筒体30中，因此，光元件10的发光部1和光纤50的定位精度高。另外，容易获得尺寸精度高的规定的内径D30的中空圆筒体30。
并且，由于不具有比较大的光纤保持部件，因此，光传送模块1是小型的。
而且，在光传送模块1中，由热传导率高的金属构成的中空圆筒体30通过焊料35与光元件10的金属膜13接合。在光传送模块1中，光元件10所产生的热经由中空圆筒体30而被高效地导热，因此动作稳定且可靠性高。
<光传送模块1的制造方法>
接下来，沿着图3的流程图对光传送模块1的制造方法进行说明。
<步骤S10>光元件制作工序
在将各层层叠于半导体晶片上后将半导体晶片分离成多个芯片，由此，从一枚晶片制作多个光元件10。在光元件制作工序中，在例如由p型GaAs构成的半导体晶片上层叠各种AlGaAs系半导体层等。
此时，在晶片状态下，在各个光元件10的光输出面10SA上配设由金突起等构成的电极12和包围发光部11的圆环状的金属膜13。另外，只要能够将中空圆筒体30以直立状态接合在规定位置即可，金属膜13的图案形状不限于圆环状。
<步骤S20>中空圆筒体接合工序
准备规定的规格的中空圆筒体30。中空圆筒体30优选为由例如镍或铜等钎焊容易的金属构成，尤其优选为由热传导率在50W·m-1·K-1以上的金属构成。中空圆筒体30的内径D30、外径以及长度根据光传送模块1的规格而决定，能够容易获得尺寸精度高的中空圆筒体30。
而且，中空圆筒体30的一端部通过焊料35与光元件10的光输出面10SA的金属膜13接合。接合后的中空圆筒体30为垂直地直立在光输出面10SA上的状态。
<步骤S30>安装工序
准备设置了孔20H的配线板20，其中，孔20H贯穿第一主面20SA和第二主面20SB。在配线板20的第一主面20SA上的与光元件10的电极12对应的位置配设有连接电极21。虽然未图示，连接电极21经由配线与外部连接电极连接。作为配线板20的基体，使用FPC基板、陶瓷基板、玻璃环氧树脂基板、玻璃基板、硅基板等。也可以在配线板20上包含例如用于将电信号转换为光元件10的驱动信号的处理电路。
将中空圆筒体30贯穿插入于配线板20的孔20H中，将光元件10倒装芯片安装在第一主面20SA上。作为光元件10的电极12的Au突起与配线板20的连接电极21例如超声波接合。虽然未图示，在接合部注入有底部填料(underfill)或侧部填料(sidefill)等粘接剂。也可以在配线板20上印刷钎焊膏等，在配置了光元件10后通过再流焊等使焊料熔融而进行安装。当外部连接电极被施加驱动信号时，光元件10的发光部11发光。
另外，也可以在将中空圆筒体30焊接于光元件10时，同时经由焊料突起(电极12)将光元件10安装于配线板20。即，可以同时进行中空圆筒体接合工序和安装工序。
<步骤S40>光纤插入工序
将光纤50的前端部插入于中空圆筒体30中。例如，外径D50为80μm的光纤50由传送光的外径为50μm的芯部和包覆芯部的外周的包覆层构成。可以在插入后通过树脂等将光纤50固定于中空圆筒体30中。并且，也可以在光纤50的前端与光元件10的光输出面10SA之间插入透明树脂。
如上所述，在光传送模块1的制造方法中，易于进行光元件10的发光部11和光纤50的定位。
<第二实施方式>
第二实施方式的光传送模块1A和光传送模块1A的制造方法与光传送模块1等类似，因此，仅对不同的结构等进行说明。
如图4所示，在光传送模块1A中光元件10具有会聚光的透镜40，该透镜40配设在发光部11之上。关于凸形状的透镜40，其底边为圆形，外径D40与中空圆筒体30的内径D30大致相同，并且收纳于中空圆筒体30的内部。
透镜40由折射率高的透明材料例如玻璃或树脂构成。透镜40通过透明粘接剂(未图示)而被粘接。另外，在光元件制作的晶片工艺中，可以使用公知的微透镜制造工艺，将透镜40同时配设于多个光元件。在微透镜制造工艺中，在晶片上涂敷例如透明树脂进行图案形成，然后进行规定的热处理，由此，能够同时形成多个所期望形状的凸透镜。
即使在光元件10的发光部11的中心和透镜40的中心即光纤50的中心稍微错位地配置的情况下，发光部11所产生的光也会聚在透镜40的中央部，被导向光纤50。
光传送模块1A具有光传送模块1的效果，而且由于光传送模块1A还具有透镜40，因此，易于将发光部11所产生的光导向光纤50。
如图5的流程图所示，在光传送模块1A的制造方法中，在中空圆筒体接合工序(步骤S20)前具有如下透镜配设工序(S15)：将会聚光的透镜40配设在光元件10的发光部11之上(图6A)。然后，在中空圆筒体接合工序中，内径D30与透镜40的外径相同的中空圆筒体30以收纳透镜40的方式与光元件10接合(图6B)。图6C所示的安装工序和图6D所示的光纤插入工序与光传送模块1的制造方法相同。
如上所述，中空圆筒体30的内径D30与光纤50的外径D50大致相同。而且，与光纤50的外径D50同样地，透镜40的外径D40优选为(D50+10μm)≥D40≥D50，尤其优选为(D50+2μm)≥D40≥D50。
另外，由于在光传送模块1A中透镜40具有中空圆筒体30的配设定位部件的功能，因此，包围发光部11的圆环状的金属膜13不是必须的结构要素。例如，也可以在中空圆筒体接合工序(步骤S20)中，通过树脂粘接剂将由树脂构成的中空圆筒体与光元件10接合。
光传送模块1A的制造方法具有光传送模块1的制造方法的效果，而且由于借助透镜40进行中空圆筒体30的定位，因此易于制造。
<第三实施方式>
第三实施方式的光传送模块1B和光传送模块1B的制造方法与光传送模块1、1A等类似，因此，仅对不同的结构等进行说明。
如图7所示，光传送模块1B具有保持部件60。保持部件60具有贯穿孔60H，在贯穿孔60H中贯穿插入有插入在中空圆筒体30中的光纤50。保持部件60经由粘接层(未图示)与配线板20的第二主面20SB接合。
贯穿孔60H的内径D60只要能够供中空圆筒体30贯穿插入即可，没有特别的限定，贯穿孔60H除了圆柱状之外还可以是棱柱状。保持部件60的材质是陶瓷、Si、玻璃或SUS等金属部件等。另外，保持部件60也可以不是大致长方体，而是大致圆柱状或大致圆锥状。
而且，如图8的流程图所示，在光传送模块1B的制造方法中具有如下保持部件接合工序：将中空圆筒体30插入具有贯穿孔60H的保持部件60的贯穿孔60H中，将保持部件60与配线板20的第二主面20SB接合。
光传送模块1B等具有光传送模块1等的效果，而且光纤50的接合可靠性高。
另外，实施方式的光传送模块1、1A是小型的，尤其是细径的。因此，能够尤其优选用于内窥镜的前端部。具有光传送模块1、1A的内窥镜的前端部是细径且低侵害性的。
本发明不限于上述的各实施例，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变更、组合以及应用。
本申请是以2014年3月13日在日本国申请的日本特愿2014-050574号为优先权主张的基础进行申请的，上述的公开内容被引用于本申请说明书、权利要求书以及附图。

Claims (8)

1.一种光传送模块，其特征在于，该光传送模块具有：
光元件，其具有输出光信号的光的发光部；
中空圆筒体，其与所述光元件的光输出面垂直地接合；
配线板，其具有贯穿第一主面和第二主面的孔，在所述第一主面上安装有所述光元件，所述中空圆筒体贯穿插入于所述孔中；以及
传送所述光信号的光纤，其前端部插入于所述中空圆筒体中，所述光纤的外径与所述中空圆筒体的内径相同。
2.根据权利要求1所述的光传送模块，其特征在于，
所述光元件具有会聚所述光的透镜，该透镜配设于发光部之上，
外径与所述中空圆筒体的内径相同的所述透镜被收纳于所述中空圆筒体的内部。
3.根据权利要求1或2所述的光传送模块，其特征在于，
由金属构成的所述中空圆筒体被焊接于配设在所述发光部的周围的金属膜。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光传送模块，其特征在于，
所述光传送模块具有保持部件，该保持部件具有供插入于所述中空圆筒体中的所述光纤贯穿插入的贯穿孔，与所述配线板的所述第二主面接合。
5.一种光传送模块的制造方法，其特征在于，该光传送模块的制造方法具有以下工序：
中空圆筒体接合工序，将中空圆筒体与光元件的光输出面垂直地接合，其中，所述光输出面输出光信号的光；
安装工序，将所述中空圆筒体贯穿插入于具有贯穿第一主面和第二主面的孔的配线板的所述孔中，将所述光元件安装于所述第一主面；以及
光纤插入工序，将传送所述光信号的光纤的前端部插入于所述中空圆筒体中，其中，所述光纤的外径与所述中空圆筒体的内径相同。
6.根据权利要求5所述的光传送模块的制造方法，其特征在于，
在所述中空圆筒体接合工序之前具有透镜配设工序，在所述透镜配设工序中，将会聚所述光且外径与所述中空圆筒体的内径相同的透镜配设在所述光元件的发光部之上，
在所述中空圆筒体接合工序中，以收纳所述透镜的方式进行接合。
7.根据权利要求5或6所述的光传送模块的制造方法，其特征在于，
在所述中空圆筒体接合工序中，由金属构成的所述中空圆筒体被焊接于配设在所述发光部的周围的金属膜。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的光传送模块的制造方法，其特征在于，
所述光传送模块的制造方法具有保持部件接合工序，在保持部件接合工序中，将所述中空圆筒体插入于具有贯穿孔的保持部件的所述贯穿孔中，将所述保持部件与所述配线板的所述第二主面接合。
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