CN108885319A - 光插座、光模块以及光模块的制造方法 - Google Patents

光插座、光模块以及光模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的光插座具有光插座主体和支撑部件。光插座主体包括：第一光学面，使来自光电转换元件的发送光入射，或使来自光传输体的端面的接收光向光电转换元件射出；第二光学面，使来自光电转换元件的发送光向光传输体射出，或使来自光传输体的接收光入射；以及第一嵌合部，配置于配置有第一光学面和第二光学面的面以外的面。支撑部件包括：支撑部件主体，包含用于设置于基板的设置面；以及第二嵌合部，位于与第一嵌合部对应的位置，配置于支撑部件主体的内侧，且嵌合于第一嵌合部。光插座配置于比设置面更靠支撑部件侧的位置。

Description

光插座、光模块以及光模块的制造方法
技术领域
本发明涉及光插座、具有光插座的光模块以及光模块的制造方法。
背景技术
以往，在使用了光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备面发射激光器(例如，VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)等发光元件(光元件)的光模块。光模块具有使从发光元件射出的包含通信信息的光向光传输体(例如光纤)的端面入射的光插座(光插口，optical socket)。
例如，在专利文献1中记载了一种光模块，该光模块具有：基板；光插口，配置于基板的一侧的面；光元件，位于与光插口对应的位置，配置于基板的另一侧的面。在光插口上安装有支撑带式光纤的端部的光插头。另外，光插口具有：第一透镜，使从光元件射出的光入射至内部，或使从带式光纤射出并在内部行进后的光向光元件射出；第二透镜，使从带式光纤射出的光入射至内部，或使从光元件射出并在内部行进后的光向带式光纤射出；以及反射面，使由第一透镜入射的光向第二透镜反射，或使由第二透镜入射的光向第一透镜反射。
在专利文献1中记载的光模块中，通过打线接合等将光元件固定于基板的一侧的面。接下来，以使光元件的光轴与第一透镜的中心轴一致的方式，将光插口固定于基板的另一侧的面。此时，在光插口和基板中的至少一者上涂覆粘接剂，来将光插口粘接于基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-246279号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1中记载的光模块中，光插口直接粘接于基板，因此存在以下问题：在固定有光插口的基板上，打线接合、对其他光学部件及电子部件等进行配置的区域受到限制。
因此，本发明的目的在于，提供与以往的光插口相比，能够提高光插座主体、打线接合、其他光学部件以及电子部件的设计的自由度的光插座。另外，本发明的目的还在于提供具有该光插座的光模块。并且，本发明的目的也在于提供该光模块的制造方法。
解决问题的方案
本发明的光插座配置于在基板上配置有光电转换元件的光电转换装置与光传输体之间，用于将所述光电转换元件与所述光传输体的端面光学耦合，该光插座具有：光插座主体；以及支撑所述光插座主体的支撑部件，所述光插座主体包括：第一光学面，使从所述光电转换元件射出的发送光入射，或使从所述光传输体的端面射出并通过了所述光插座主体的内部的接收光向所述光电转换元件射出；第二光学面，使从所述光电转换元件射出并通过了所述光插座主体的内部的所述发送光向所述光传输体射出，或使从所述光传输体射出的所述接收光入射；以及第一嵌合部，配置于配置有所述第一光学面和所述第二光学面的面以外的面，所述支撑部件包括：支撑部件主体，该支撑部件主体包含用于设置于所述基板的设置面；以及第二嵌合部，位于与所述第一嵌合部对应的位置，配置于所述支撑部件主体的内侧，且嵌合于所述第一嵌合部，所述光插座主体配置于比所述设置面更靠所述支撑部件侧的位置。
本发明的光模块具有：光电转换装置，该光电转换装置包括基板和配置在所述基板上的光电转换元件；以及本发明的光插座，所述基板和所述光插座主体间隔开。
本发明的光模块的制造方法是本发明的光模块的制造方法，包括以下工序：使所述光插座主体的所述第一嵌合部与所述支撑部件的所述第二嵌合部嵌合，得到所述光插座的工序；以及以使所述基板和所述光插座主体间隔开的方式，将所述光插座固定于所述光电转换装置的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供与以往的光插口相比，可提高打线接合、其他光学部件、电子部件等的设计的自由度的光插座和光模块。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的光模块分解立体图。
图2A～图2C是表示光模块的结构的图。
图3A～图3D是表示光插座主体的结构的图。
图4A～图4D是表示支撑部件的结构的图。
图5A、图5B是用于说明光插座与基板的位置对准的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式的光模块100进行详细说明。
(光模块的结构)
图1是本发明的一实施方式的光模块100的分解立体图。此外，在图1中还示出了光传输体130和套管132。图2A～图2C是表示光模块的结构的图。图2A是将光模块100分解后的俯视图，图2B是图2A的A-A线的剖面图，图2C是图2A的B-B线的剖面图。
如图1以及图2A～图2C所示，光模块100具有包括发光元件111和受光元件112等的光电转换元件的基板安装型的光电转换装置110以及光插座120。在将光传输体130连接到光插座120的状态下使用光模块100。
光电转换装置110具有基板113和光电转换元件。在发送用的光模块100中，使用发光元件111作为光电转换元件。另外，在接收用的光模块100中，使用受光元件112作为光电转换元件。并且，在发送接收用的光模块100中，使用发光元件111和受光元件112作为光电转换元件。在本实施方式中，对具有发光元件111和受光元件112的发送接收用的光模块100进行说明。
基板113例如是玻璃复合基板、环氧玻璃基板、柔性基板等。在基板113上配置有发光元件111和受光元件112。另外，在基板113的配置有发光元件111和受光元件112的面上形成有第一对准标记114。
发光元件111配置在基板113上，并向相对于配置有发光元件111的基板113的表面垂直的方向射出激光。不特别地限定发光元件111的数量。在本实施方式中，发光元件111的数量为6个。另外，也不特别地限定发光元件111的位置。在本实施方式中，6个发光元件111以一定间隔沿着光传输体130的排列方向排列。发光元件111例如是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。此外，在光传输体130排列成两列以上的情况下，发光元件111也可以以相同列数排列。
受光元件112配置在基板113上，接收从光传输体130射出的接收光。不特别地限定受光元件112的数量。在本实施方式中，受光元件112的数量为6个。另外，也不特别地限定受光元件112的位置。在本实施方式中，6个受光元件112以一定间隔沿着光传输体130的排列方向排列成一列。具体而言，以位于与6个发光元件111相同的直线上的方式排列。受光元件112例如是光电二极管(PD)。此外，在光传输体130排列成两列以上的情况下，受光元件112也可以以相同列数排列。
第一对准标记114用于后述的光模块100的位置对准中，作为相对于基板113对光插座120进行定位时的基准。对于第一对准标记114的结构，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。第一对准标记114可以是形成于基板113上的凹部，也可以是凸部，也可以是通过涂装而涂上的图案。另外，对于第一对准标记114的俯视形状，也不特别地进行限定，可以是圆形，也可以是多边形。另外，也不限定第一对准标记114的配置。对于第一对准标记114，在从光电转换元件(发光元件111和受光元件112)观察时，可以配置于光传输体130侧，也可以配置于光传输体130的相反侧。在本实施方式中，在从光电转换元件(发光元件111和受光元件112)观察时，第一对准标记114配置于光传输体130侧。
对于光传输体130的种类，不特别地进行限定，包括光纤、光波导等。在本实施方式中，光传输体130是光纤。光纤既可以是单模态方式，也可以是多模态方式。不特别地限定光传输体130的数量。在本实施方式中，将12根光纤以一定间隔排列成一列。此外，也可以将光传输体130排列成两列以上。
套管132保持光传输体130的端部，并且相对于光插座主体140的第二光学面142对光传输体130的端面进行定位。套管132具有保持光传输体130的套管主体169和用于连接套管主体169与支撑部件150的套管外壳170。套管主体169保持光传输体130的端部，并且构成为相对于套管外壳170拆装自如。将光传输体130插通于套管主体169的中空区域，并从粘接剂注入口133浇注粘接剂，从而将光传输体130固定于套管主体169。套管外壳170形成为筒状。在套管外壳170的中空区域中插入保持有光传输体130的套管主体169。在套管外壳170的外侧面形成有具有与支撑部件150的拆装用凸部166互补的形状的拆装用凹条167和拆装用凹部168。
光插座120在配置于光电转换装置110与光传输体130之间的状态下，将多个发光元件111的发光面与多个光传输体130的端面分别光学耦合。另外，光插座120将多个受光元件112的受光面与多个光传输体130的端面分别光学耦合。光插座120具有光插座主体140和支撑光插座主体140的支撑部件150。以下，对光插座120的结构进行详细说明。
(光插座的结构)
图3是表示光插座主体140的结构的图。图3A是光插座主体140的俯视图，图3B是仰视图，图3C是主视图，图3D是右视图。
如图3A～图3D所示，光插座主体140是大致长方体形状的部件。光插座主体140具有透光性，使从发光元件111的发光面射出的发送光向光传输体130的端面射出。光插座主体140具有多个第一光学面141、多个第二光学面142、反射面143、第一嵌合部144以及套管用凸部145。使用对于光通信中所用的波长的光具有透光性的材料，来形成光插座主体140。作为这样的材料的例子，包括聚醚酰亚胺(PEI)或环状烯烃树脂等透明的树脂。
第一光学面141是使从发光元件111射出的发送光折射并向光插座主体140的内部入射的光学面。另外，第一光学面141也是使在光插座120的内部行进过来的来自光传输体130的接收光折射并向受光元件112射出的光学面。在本实施方式中，第一光学面141的形状是向发光元件111(受光元件112)呈凸状的凸透镜面。第一光学面141使从发光元件111射出的发送光转换为准直光。另外，第一光学面141使在光插座120的内部行进过来的准直光(接收光)收束。另外，在本实施方式中，多个(12个)第一光学面141在光插座120的底面以与发光元件111的发光面和受光元件112的受光面分别对置的方式，沿着发光元件111的发光面和受光元件112的排列方向排列成一列。另外，第一光学面141的俯视形状为圆形。优选第一光学面141的中心轴与发光元件111的发光面和受光元件112的受光面垂直。另外，优选第一光学面141的中心轴与从发光元件111射出的光(入射至受光元件112的接收光)的光轴一致。
由第一光学面141入射的光向反射面143行进。另外，从第一光学面141射出的接收光向受光元件112行进。此外，在将发光元件111和受光元件112排列成两列以上的情况下，第一光学面141也以相同列数排列。
在本实施方式中，如图3B所示，将12个第一光学面141中的、图示右侧的6个第一光学面141设为发送侧的第一光学面141来使用，将左侧的6个第一光学面141设为接收侧的第一光学面141来使用。即，来自发光元件111的发送光入射至图示右侧6个发送侧的第一光学面141，在光插座主体140的内部行进过来的接收光从图示左侧6个接收侧的第一光学面141射出。这样，在本实施方式的光插座主体140中，将12个第一光学面141等分，且以相对于基板113的垂直面为中心使一侧的区域作为发送侧而发挥功能，使另一侧的区域作为接收侧而发挥功能。
第二光学面142是使由第一光学面141入射并由反射面143反射后的发送光向光传输体130的端面射出的光学面。另外，第二光学面142也是使从光传输体130的端面射出的接收光折射并向光插座120的内部入射的光学面。在本实施方式中，第二光学面142的形状是向光传输体130的端面呈凸状的凸透镜面。第二光学面142使在光插座主体140的内部行进的发送光向光传输体130的端面收束，并且使从光传输体130的端面射出的接收光转换为准直光。另外，在本实施方式中，多个(12个)第二光学面142在光插座120的正面以与光传输体130的端面分别对置的方式，沿着光传输体130的排列方向排列成一列。另外，第二光学面142的俯视形状为圆形。优选第二光学面142的中心轴与光传输体130的端面垂直。另外，优选第二光学面142的中心轴与从光传输体130射出的光的光轴一致。此外，在将光传输体130排列成两列以上的情况下，第二光学面142也以相同列数排列。
此外，在本实施方式中，如图3C所示，将12个第二光学面142中的、图示右侧的6个第二光学面142作为发送侧的第二光学面142来使用，将左侧的6个第二光学面142作为接收侧的第二光学面142来使用。即，通过了光插座120的内部的接收光从图示右侧6个发送侧的第二光学面142射出，从光传输体130射出的发送光入射至图示左侧6个接收侧的第二光学面142。
第一嵌合部144嵌合于支撑部件150的第二嵌合部152。对于第一嵌合部144的形状，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。由此，光插座主体140被支撑部件150支撑。第一嵌合部144配置于配置有第一光学面141的光插座主体140的底面以及配置有第二光学面142的光插座主体140的前面以外的面。第一嵌合部144可以配置于顶面，也可以配置于侧面，也可以配置于背面。在本实施方式中，第一嵌合部144配置于光插座主体140的顶面。另外，对于第一嵌合部144的形状和数量，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。在本实施方式中，第一嵌合部144的形状是在光插座主体140的顶面开口的圆筒状的凹部。另外，在本实施方式中，第一嵌合部144的数量为两个。
反射面143配置于光插座主体的顶面侧，使由第一光学面141入射的发送光向第二光学面142反射。另外，使由第二光学面142入射的接收光向第一光学面141反射。在本实施方式中，反射面143以随着从光插座120的顶面靠近底面而远离第二光学面142(光传输体130)的方式倾斜。反射面143的倾斜角度相对于由第一光学面141入射的光1的光轴及由第二光学面142入射的光的光轴为45。
套管用凸部145嵌合于在套管132中设置的凹部。由此，相对于光插座主体140对光传输体130的端面进行定位。套管用凸部145配置于第二光学面142的两侧。
此外，虽然未特别地图示，但也可以在光插座主体140上形成第三对准标记。第三对准标记用于后述的光模块100的位置对准中。
图4是表示支撑部件150的结构的图。图4A是支撑部件150的俯视图，图4B是主视图，图4C是右视图，图4D是仰视图。
支撑部件150以使基板113与光插座主体140间隔开的方式，对光插座主体140进行支撑。如图4A～图4D所示，支撑部件150具有支撑部件主体151和配置于支撑部件主体151的内侧的第二嵌合部152。另外，支撑部件150也可以具有用于相对于光插座120对光传输体130进行固定的拆装部153。支撑部件150可以由具有透光性的材料形成，也可以由非透光性的材料形成。在本实施方式中，支撑部件150由聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)等具有透光性的树脂形成。
支撑部件主体151以使基板113与光插座主体140间隔开的方式支撑光插座主体140。对于支撑部件主体151的形状，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。在本实施方式中，支撑部件主体151的形状具有顶板161、一对侧板162、162以及将顶板161和一对侧板162、162连上的后板163。一对侧板162、162的下表面和后板163的下表面作为用于将光插座120设置于基板113上的设置面162a而发挥功能。在顶板161的内侧配置有第二嵌合部152，在顶板161的外侧形成有第二对准标记164。另外，在一对侧板162、162上配置有拆装部153。一对侧板162、162的高度比光插座主体140的高度高。由此，光插座主体140配置在比设置面162a更靠支撑部件150侧的位置。另外，换言之，在通过第二嵌合部152将光插座主体140支撑于支撑部件主体151时，在比光插座主体140更靠下侧的区域形成空间。
第二嵌合部152与光插座主体140的第一嵌合部144嵌合。由此，支撑部件150支撑光插座主体140。第二嵌合部152具有与光插座主体140的第一嵌合部144大致互补的形状，且配置于与第一嵌合部144对应的位置。即，在本实施方式中，第二嵌合部152是大致圆柱形状，且配置于顶板161。
拆装部153是用于相对于支撑部件150对套管132进行固定的部位。对于拆装部153的结构，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。拆装部153例如包括：拆装用凸条165，分别配置于一对侧板162、162，对套管132进行定位；以及拆装用凸部166，配置于拆装用凸条165的套管132侧的端部，用于卡合于套管132的拆装用凹部168。
第二对准标记164用于后述的光模块100的位置对准中，作为相对于基板113对光插座120进行定位时的基准。对于第二对准标记164的结构，只要能够发挥上述的功能即可，不特别地进行限定。第二对准标记164可以是形成于顶板161的凹部，也可以是凸部，也可以是通过涂装而涂上的图案。另外，对于第一对准标记114的俯视形状，也不特别地进行限定，可以是圆形，也可以是多边形。在本实施方式中，第二对准标记164配置为在俯视光模块100时与第一对准标记114重合。
(光模块的制造方法)
不特别地限定光模块100的制造方法。例如能够通过以下方法来制造本实施方式的光模块100。首先，制造光插座120。不特别地限定光插座120的制造方法。例如通过射出成型来制造光插座120。在通过射出成型个别地对光插座主体140和支撑部件150进行成型后，将光插座主体140安装于支撑部件150，由此来制造光插座120。具体而言，通过将支撑部件150的第二嵌合部152嵌合于光插座主体的第一嵌合部144，来组装光插座120。此时，由于支撑部件150的侧板162的高度方向上的长度比光插座主体140的高度方向上的长度长，所以光插座主体140配置于比设置面162a更靠支撑部件150侧的位置。接下来，将对支撑部件150和光插座主体140进行组装而成的光插座120，固定于安装有发光元件111和受光元件112的基板113，由此能够制造出光模块100。
在此，对光电转换装置110与光插座120的位置对准方法进行说明。图5是用于说明光电转换装置110与光插座120的位置对准方法的图。图5A是用于说明本实施方式中的光电转换装置110与光插座120的位置对准方法的图，图5B是用于说明其他实施方式中的光电转换装置110与光插座120的位置对准方法的图。
如图5A所示，基于在基板113上形成的第一对准标记114和在支撑部件150上形成的第二对准标记164来进行光电转换装置110与光插座120的位置对准。如上所述，在本实施方式中，第一对准标记114和第二对准标记164以在俯视光模块100时重合的方式配置。由此，以在从支撑部件150侧观察光模块100时第一对准标记114和第二对准标记164重合的方式，相对于基板113对光插座120进行定位。然后，在第一对准标记114和第二对准标记164重合的状态下，例如通过粘接剂对基板113与光插座120(支撑部件150)进行固定。
此时，在将基板113的面方向上的第一光学面141和第一嵌合部144的相对位置的误差(μm)设为A，将第一光学面141的第一嵌合部144和支撑部件150的第二嵌合部152的基板113的面方向上的空隙(μm)设为B，将基板113的面方向上的支撑部件150的第二嵌合部152和第二对准标记164的相对位置的误差(μm)设为C的情况下，优选以满足以下的式(1)的方式制造光插座主体140和支撑部件150。
A+B+C≦20μm (1)
此处，式(1)的左边表示光模块100中的从发光元件111射出的发送光的光轴与光传输体130的中心的位置偏差量。另外，式(1)的右边表示从发光元件111射出的发送光的光轴与光传输体130的中心的位置偏差的允许范围(公差范围)。即，以使发送光(接收光)的光轴与光传输体130的中心的位置偏差量小于公差范围的方式，制造光插座主体140和支撑部件150。
另外，如图5B所示，在从光电转换元件(发光元件111和受光元件112)观察时第一对准标记114配置于光传输体130的相反侧的情况下，以使第二对准标记164相对于第一对准标记114位于规定的位置的方式，相对于基板113对光插座120进行定位。这样，在从光电转换元件(发光元件111和受光元件112)观察时第一对准标记114配置于光传输体130的相反侧的情况下，支撑部件150也可以不具有透光性。此外，在该情况下同样地，优选以满足上述的式(1)的方式制造光插座主体140和支撑部件150。
此外，虽然未特别地图示，但在使用配置于光插座主体140的第三对准标记来对基板113与光插座120进行位置对准的情况下，在从光电转换元件(发光元件111和受光元件112)观察时，第一对准标记114配置于光传输体130的相反侧。而且，以使第三对准标记相对于第一对准标记114位于规定的位置的方式，相对于基板113对光插座120进行定位。此时，在将第一光学面141和第三对准标记的相对位置的误差(μm)设为D的情况下，优选以满足以下的式(2)的方式制造光插座主体140。
D≦20μm (2)
此处，式(2)的左边表示光模块100中的从发光元件111射出的发送光的光轴与光传输体130的中心的位置偏差量。另外，式(2)的右边表示从发光元件111射出的发送光的光轴与光传输体130的中心的位置偏差的允许范围(公差范围)。即，以使发送光的光轴与光传输体130的中心的位置偏差量小于公差范围的方式，制造光插座主体140。
(效果)
如上所述，本实施方式的光插座120在配置于基板113上时，光插座主体140不与基板113接触，因此在基板113与光插座主体之间存在空间。由此，在本实施方式的光插座120中，能够提高其他光学部件、电子部件等的配置(设计)的自由度。
此外，在本实施方式中，第一嵌合部144是凹部，第二嵌合凸部152是凸部，但也可以设为第一嵌合部144是凸部、第二嵌合部152是凹部。
本申请主张基于2016年3月30日提出的日本专利申请特愿2016-068398号的优先权。将该申请说明书和附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。
工业实用性
本发明的光插座和光模块例如在使用了光传输体的光通信中是有用的。
附图标记说明
100 光模块
110 光电转换装置
111 发光元件
112 受光元件
113 基板
114 第一对准标记
120 光插座
130 光传输体
132 套管
133 粘接剂注入口
140 光插座主体
141 第一光学面
142 第二光学面
143 反射面
144 第一嵌合部
145 套管用凸部
150 支撑部件
151 支撑部件主体
152 第二嵌合部
153 拆装部
161 顶板
162 侧板
163 后板
164 第二对准标记
165 拆装用凸条
166 拆装用凸部
167 拆装用凹条
168 拆装用凹部
169 套管主体
170 套管外壳

Claims (5)

1.一种光插座，其配置于在基板上配置有光电转换元件的光电转换装置与光传输体之间，用于将所述光电转换元件与所述光传输体的端面光学耦合，该光插座具有：
光插座主体；以及
支撑所述光插座主体的支撑部件，
所述光插座主体包括：
第一光学面，使从所述光电转换元件射出的发送光入射，或使从所述光传输体的端面射出并通过了所述光插座主体的内部的接收光向所述光电转换元件射出；
第二光学面，使从所述光电转换元件射出并通过了所述光插座主体的内部的所述发送光向所述光传输体射出，或使从所述光传输体射出的所述接收光入射；以及
第一嵌合部，配置于配置有所述第一光学面和所述第二光学面的面以外的面，
所述支撑部件包括：
支撑部件主体，该支撑部件主体包含用于设置于所述基板的设置面；以及
第二嵌合部，位于与所述第一嵌合部对应的位置，配置于所述支撑部件主体的内侧，且嵌合于所述第一嵌合部，
所述光插座主体配置于比所述设置面更靠所述支撑部件侧的位置。
2.如权利要求1所述的光插座，其中，
为了将所述光传输体的端面与所述第二光学面对置地配置，所述支撑部件还具有用于相对于所述支撑部件拆装所述光传输体的拆装部。
3.如权利要求1或2所述的光插座，其中，
所述光插座主体还具有反射面，该反射面使由所述第一光学面入射的所述发送光向所述第二光学面反射，或使由所述第二光学面入射的所述接收光向所述第一光学面反射。
4.一种光模块，其具有：
光电转换装置，该光电转换装置包括基板和配置在所述基板上的光电转换元件；以及
权利要求1～3中任意一项所述的光插座，
所述基板和所述光插座主体间隔开。
5.一种光模块的制造方法，是权利要求4所述的光模块的制造方法，包括以下工序：
使所述光插座主体的所述第一嵌合部与所述支撑部件的所述第二嵌合部嵌合，得到所述光插座的工序；以及
以使所述基板和所述光插座主体间隔开的方式，将所述光插座固定于所述光电转换装置的工序。
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