CN1967889A - 光学模块及其制造方法 - Google Patents

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菊岛正幸
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Abstract

本发明提供一种可通过简单的步骤密闭光学元件、并可精密地调整光轴方向上的光学元件位置的光学模块及其制造方法。本发明涉及的光学模块(100)包括具有基底部(12)和设置于该基底部上的框架部(14)的由陶瓷构成的箱体(10)、设置于上述框架部内侧的光学元件(30)、由透明基板构成的上述箱体的盖部件(40)、以及以在上述箱体的上方配置有透镜的方式设置的带透镜的连接器(50)。而且，光学模块(100)还可包括用于连接箱体(10)和盖部件(40)的密封部件(20)。

Description

光学模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学模块及其制造方法。
背景技术
像发光元件或光敏元件这样的光学元件由于灰尘或者湿气等而受到外部环境的损伤，从而，会导致性能劣化。为了防止这样的性能劣化，正在开发一种在组件内将光学元件密闭封固的方法。例如，日本特表2002-534813号公报所公开的密闭封固方法，该密闭封固方法形成粘着剂层和金属层，以便覆盖基板上的光子装置。
另一方面，当光耦合光学元件和光纤等其他设备时，为了获得良好的耦合效率，必须精密调整光轴方向上的光学元件的位置。但是，由于不能精密形成收容光学元件的组件本身结构等原因，很难精密地调节光学元件的位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可通过简单的步骤密闭光学元件，并可精密调整光轴方向上的光学元件位置的光学模块及其制造方法。
本发明涉及的光学模块包括：箱体，由陶瓷构成，具有基底部和设置于该基底部上的框架部；光学元件，被设置于上述框架部的内侧；上述箱体的盖部件，由透明基板构成；以及带透镜的连接器，设置为在上述箱体的上方配置有透镜。
根据本发明涉及的光学模块，可通过简单的步骤密闭光学元件，并可精密调整光轴方向上的光学元件的位置。
在本发明涉及的光学模块中，还包括设置于上述框架部的上表面的、用于连接上述箱体和上述盖部件的密封部件，上述透明基板可由玻璃基板构成，上述密封部件可由低熔点的玻璃构成。
在本发明涉及的光学模块中，还包括衬垫，该衬垫在上述框架部的内侧，被设置于上述基底部上方，上述光学元件可被设置于上述衬垫的上方。
在本发明涉及的光学模块中，上述衬垫可由导电性材料构成。
在本发明涉及的光学模块中，还包括形成于上述基底部上表面的导电层，上述衬垫由电线构成，形成于上述导电层的上表面，并在两处与上述导电层连接。
在本发明涉及的光学模块中，上述光学元件包括基板、设置于基板上的光学部分、以及用于驱动该光学元件的第一电极及第二电极，上述第一电极可形成于基板的上述衬垫一侧的面上。
本发明涉及的光学模块的制造方法，是包括光学元件的光学模块的制造方法，其包括：(a)准备由陶瓷构成的箱体的步骤，其中，该箱体具有基底部和设置于该基底部上的框架部；(b)在上述框架部的基底部的上方设置光学元件的步骤；(c)在上述框架部的上表面设置用于连接上述箱体和上述盖部件的密封部件的步骤；(d)连接上述箱体的框架部和由透明基板构成的盖部件的步骤；以及，(e)以在上述透明基板的上方配置透镜的方式，设置带透镜的连接器的步骤。
在本发明涉及的光学模块的制造方法中，上述步骤(a)可包括通过烧成而使框架部件和板部件一体化的步骤，上述框架部件构成上述箱体的框架部，上述板部件构成上述箱体的基底部。
在本发明涉及的光学模块的制造方法中，在上述步骤(b)之前，还可包括将衬垫设置于上述箱体的基底部上的步骤；以及通过按压上述衬垫使其塑性变形的步骤，在上述步骤(b)中，通过连接光学元件和上述衬垫，可将上述光学元件设置于上述箱体的基底部的上方。
附图说明
图1是示意表示本实施例涉及的光学模块的剖面图；
图2是示意表示本实施例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图3是示意表示本实施例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图4是示意表示本实施例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图5是示意表示本实施例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图6是示意表示第一变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图7是示意表示第一变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图8是示意表示第一变形例涉及的光学模块的剖面图；
图9是示意表示第二变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图10是示意表示第二变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图11是示意表示第二变形例涉及的光学模块的剖面图；
图12是示意表示第三变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图13是示意表示第三变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；
图14是示意表示第四变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图；以及
图15是示意表示第四变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图对本实施例的优选实施例进行说明。
1.光学模块
首先，对本实施例涉及的光学模块的构造进行说明。图1是示意表示本实施例涉及的光学模块的剖面图。
光学模块100包括箱体10、密封部件20、光学元件30、盖部件40、带透镜的连接件50。箱体10具有基底部12、以及设置在基底部12上的框架部14。基底部12及框架部14由陶瓷构成。而且，箱体10还包括第一配线16及第二配线18。第一配线16及第二配线18形成为从基底部12的上面穿过孔并贯穿到基底部12下面。在基底部12的上面，第二配线18可形成在与光学元件连接的区域。密封部件20形成于框架部14的上表面，并具有例如矩形的框架形状。密封部件20用于连接盖部件40和箱体10。
光学元件30包括基板32、以及设置于基板32上的光学部分34。光学元件30可以是发光元件或者光敏元件。光学部分34是发光或者受光的部分。发光元件的光学部分34可以是例如表面发光型半导体激光器的谐振器部分等。光敏元件的光学部分34可以是例如光吸收区域。光学元件30还具有用于驱动光学元件30的第一电极37及第二电极35。第一电极37形成于基板32的第二配线18一侧的面上。第二电极35形成于基板32上。电线36电连接第二电极35和第一配线16。
盖部件40被设置于密封部件20上，以盖住由箱体10的框架部14围起的开口部。盖部件40可由能透过光学元件30发出或接受的光的透明基板构成，例如，可以由玻璃基板构成。
带透镜的连接件50具有套筒52及透镜部54，并成形为如图1所示的一体形状。带透镜的连接件50例如可以使用树脂形成。套筒52中插入有例如金属箍。透镜部54设置于光学元件30的上方，并聚集光学部分34发出的光或者来自外部的光。带透镜的连接件50设置成围绕在框架部14周围。
通过本实施例涉及的光学模块100，可气密封固光学元件30。而且，通过调节框架部14的高度，可调节光学元件30的光学部分34与透镜部54的距离。由此，可提高光学元件30发出或者接受的光与外部的耦合效率。
2.光学模块的制造方法
首先，对本实施例涉及的光学模块的制造方法进行说明。图2至图5是表示光学模块制造方法的剖面图。
(1)首先，如图2所示，准备箱体10。构成基底部12的板部件及构成框架部14的框架部件可由例如含有氧化铝(alumina)的未烧结陶瓷、即印刷电路基板的单层或者多层构成。构成框架部14的框架部件是在印刷电路基板上形成有孔的部件。印刷电路基板可通过冲切模或者冲孔机等加工成所希望的形状。通过调整在基底部12及框架部14中所使用的印刷电路基板的数量，可调整箱体10的尺寸。而且，各印刷电路基板的表面上也可通过印刷等形成配线。通过层压构成基底部12的板部件及构成框架部14的框架部件并进行烧结，来使其形成一个整体，从而形成箱体10。此外，为了易于粘合箱体10和后述的密封部件20，也可在箱体10的框架部14的上表面进行表面处理。
当在构成基底部12的板部件上形成孔后，使用导电材料形成第一配线16及第二配线18。
(2)下面，如图3所示，在框架部14的上表面设置有密封部件20。设置密封部件20是用于连接后述的盖部件40和箱体10。密封部件20只要是用于使箱体10与盖体部件40连接的材料，则没有特别的限制，可以由可热塑性的绝缘性材料或者金属材料构成，例如包括低熔点玻璃的初加工成品构成。
(3)下面，如图4所示，连接光学元件30与箱体10。具体而言，光学元件30连接于第二配线18上。首先，涂敷连接部件24，并在连接部件24的上面配置光学元件30，然后，在向下方施加恰当的负荷的同时，进行管芯焊接。作为连接部件24，例如可以使用银膏。
作为连接部件24的银膏硬化后，使用公知的方法进行电线36及电线38的引线焊接。电线36电连接形成于基板32上的电极和第一配线16，电线38电连接形成于基板32上的电极和第二配线18。
(4)下面，如图5所示，通过密封部件20连接盖部件40和箱体10。在将盖部件40向基底部12的方向(下方)按压的同时，加热密封部件20。可通过例如从密封部件20的上面照射激光的方式进行加热。当使用玻璃基板作为盖部件40时，通过使用低熔点玻璃作为密封部件20，可提高密封部件20和盖部件40的粘合性。
(5)下面，如图1所示，在箱体10上安装带透镜的连接件50。带透镜的连接件50可由树脂构成，具体而言，可以通过将硬化前的带透镜的连接件50压紧在盖部件40及箱体10上并使其粘着、硬化，从而安装带透镜的连接件50。通过这样在箱体10上嵌入带透镜的连接件50，可降低使用粘着剂时所产生的粘着剂硬化收缩的影响。
因此，可通过以上的步骤，制造光学模块100。所以，可精密调节光学元件30的光学部分34与透镜部54的距离，并可提高光学元件30发出或者接受的光与外部的耦合效率。
3.变形例
3.1第一变形例
对第一变形例涉及的光学模块200进行说明。图6及图7是表示第一变形例涉及的光学模块制造方法的剖面图。图8是示意表示第一变形例涉及的光学模块的剖面图。
第一变形例涉及的光学模块200与本实施例涉及的光学模块100的不同点在于光学模块200还具有衬垫22。光学模块200的制造步骤如下所述。
如图6所示，当在箱体10的上表面上形成密封部件20后，在箱体10内部的基底部12上形成衬垫22a。衬垫22a具有向上方突起的突起部。衬垫22a可由可塑性变形的材料构成，例如可具有球状突起。球状突起通过以下的方法形成：使用接线机，将形成于毛细管前端的球状体1st连接(第一连接)到箱体10上，并将从球状体突起的电线切断。在此，球状突起只与形成于基底部12上的第二配线18进行第一连接。衬垫22a优选由金属材料构成，例如可由金构成。球状突起形成于设置光学元件30的区域。并且，例如，当光学元件30的底面面积为0.3mm×0.3mm时，以3×3个的方式形成直径为0.1mm的球状突起。
下面，如图7所示，通过使用高度调整夹具60进行按压，可使衬垫22a塑性变形。高度调整夹具60包括：与衬垫22a相对的第一部分62；以及与框架部14相对的第二部分64，调节高度夹具60具有如图7所示的凸形形状。第一部分62的上表面高于第二部分64的上表面。高度调整夹具60被设置为第一部分62的上表面与第二部分64的上表面的差为任意长度a。高度调整夹具60的材质只要是比密封部件20及衬垫22a更加坚硬的材质即可，并没有特别的限定。
具体而言，使用高度调整夹具60向如图7所示的箭头方向按压衬垫22a和密封部件20。具体地说，第一部分62按压衬垫22a，第二部分64按压密封部件20。由此，通过压破衬垫22a使之塑性变形而形成衬垫22。由此，可将衬垫22和密封部件20的高度差调节至长度a。在此，在高度调整夹具60中，由第一部分62按压衬垫22a，同时，将第二部分64按压接触到密封部件20的上表面。因此，密封部件20也可通过压破而进行塑性变形。当密封部件20明显硬于衬垫22a时，不会发生塑性变形，这限制了衬垫22a的按压，从而可防止衬垫22a过度塑性变形。
然后，通过上述的方法，涂敷连接部件24以将其填入衬垫22的间隙，并将光学元件30连接于衬垫22上。对于以后的步骤，由于与上述的光学模块100的制造方法相同，所以省略对其说明。
在第一变形例涉及的光学模块200的制造方法中，使用高度调整夹具60压破衬垫22a，并在其上面配置光学元件30。由此，可将光学元件30和盖部件40的高度差调整至长度a。这样，通过精密调整光学元件30和盖部件40的距离，从而可精密调整透镜部54和光学元件30的距离，因此，可提高光通路的控制性。进而可提高光学元件30与光纤等外部设备的光耦合效率。
而且，在第一变形例涉及的光学模块200的制造方法中，由于衬垫22a具有突起部，所以通过高度调整夹具60可容易实现衬垫22a的塑性变形。因此，可形成具有适宜高度的衬垫22。而且，衬垫22a由于一般都是由热传导性高的导电性材料构成，所以可提高散热性。而且，第一电极37被设置于衬垫22一侧的面(背面)上。这样，在光学元件30的背面设置有电极，并且，当衬垫22a是由导电性材料构成时，能够电连接第二配线18和光学元件30，因此，可省略从光学元件30的上表面向第二配线18引线连接的步骤。
而且，通过使用如图7所示的高度调整夹具60，可同时按压衬垫22a和密封部件20。由此，可精密调整密封部件20上表面和衬垫22上表面的高度差，因此，即使是假如不能够微调箱体10的基底部12的高度时，也能够精密调整光学元件30和透镜部54的距离。
对于上述以外的光学模块200的结构及制造步骤，由于与上述的光学模块100的结构及制造步骤相同，所以省略对其的说明。
此外，在第一变形例涉及的光学模块的制造方法中，是在设置密封部件20后，使衬垫22a塑性变形的，但是，也可与之相反，在设置密封部件20之前，使衬垫22a塑性变形。在这种情况下，在高度调整夹具60中，由第一部分62按压衬垫22a，同时，将第二部分64按压接触到密封部件20的上表面。由此，框架部14限制了衬垫22a的按压，从而可防止衬垫22a过度塑性变形。
3.2第二变形例
对第二变形例涉及的光学模块300进行说明。图9及图10是表示第二变形例涉及的光学模块的制造方法的剖面图。图11是使用示意表示第二变形例涉及的光学模块的剖面图。第二变形例涉及的光学模块300与第一变形例涉及的光学模块的不同之处在于光学模块300的各个衬垫122在两处与第二配线18连接。
如图9所示，在箱体10的上表面形成密封部件20后，在箱体10内部的基底部12的上表面形成有衬垫122a。使用接线机，将形成于毛细管前端的球状体与第二配线18进行第一连接，然后，通过将电线的另一端与第二配线18进行第二连接，可获得如图9所示的衬垫122a。
下面，如图10所示，使用调节高度夹具60进行按压，从而使衬垫122a塑性变形并形成衬垫122。接下来，通过上述的步骤，设置盖部件40及带透镜的连接器50，从而可获得如图11所示的光学模块300。这样，由于衬垫122在两处与第二配线18连接，可降低电阻，从而可提高散热性。
对于上述以外的光学模块300的结构及制造步骤，由于与上述的光学模块200的结构及制造步骤相同，所以省略对其的说明。
3.3第三变形例
对第三变形例涉及的光学模块的制造方法进行说明。图12及图13是表示第三变形例涉及的光学模块的制造方法的剖面图。
第三变形例涉及的光学模块还具有衬垫222在这一点上，与本实施例涉及的光学模块100有所不同。而且，第三变形例涉及的光学模块的制造方法是在通过高度调整夹具260按压光学元件30之前就将其设置于衬垫222a上，在这一点上，与第一变形例及第二变形例涉及的光学模块的制造方法有所不同。此外，在第三变形例涉及的光学模块的制造方法中所使用的衬垫222a与在第二变形例中所使用的衬垫122a相同，但是衬垫的形状并不仅限于此。
如图12所示，当形成衬垫222a后，将光学元件30配置于衬垫222a上。此时，衬垫222a优选形成为各个衬垫222a的高度为一定，以便可水平配置光学元件30。而且，在配置光学元件30前，也可将连接部件24涂敷于衬垫222a的间隙之间或者上面。
下面，使用高度调整夹具260，按压光学元件30的基板32及密封部件20。如图13所示，高度调整夹具260在与衬垫222a相对的第一部分262中具有凹部263。具体而言，用第一部分262的凹部263以外的区域按压光学元件30的基板32，并通过第二部分264按压密封部件20。
凹部263被设置为在按压时在内部可收容光学部分34。由此，可以在按压光学元件30时，不会由于按压而损坏光学部分34。而且，凹部263优选形成于俯视时比基板32小的区域上。在第一部分262中，凹部263的周围优选具有平坦的形状。由此，能够以均等的按压力按压光学元件30的光学部分34的周围。而且，通过按压光学元件30，可精密调整光学元件30的基板32上表面和密封部件20上表面的高度差。由此，无需考虑基板32的厚度，也可调节光学部分34和透镜部54的距离。
对于配置盖部件40步骤以后的光学模块的制造方法，由于与本实施例涉及的光学模块的制造方法相同，所以省略对其的说明。
3.4第四变形例
下面，对第四变形例涉及的光学模块的制造方法进行说明。图14及图15是表示第四变形例涉及的光学模块的制造方法的剖面图。第四变形例涉及的光学模块的制造方法是在光学元件30上形成衬垫322a后，再将衬垫322a配置于箱体10上，在这一点上，与本实施例涉及的光学模块的制造方法有所不同。
首先，如图14所示，在光学元件30的背面形成有衬垫322a。衬垫322a通过与本实施例中的衬垫22a的形成方法相同的方法形成。具体而言，衬垫322a以下面的方法形成：使用接线机，将形成于毛细管前端的球状体与光学元件30的背面(下面)进行第一连接，并将从球状体突起的电线切断。在此，球状突起只第一连接于基板32的背面上。此外，在基板32的背面上，也可形成用于驱动光学元件30的电极。
然后，将光学元件30配置于箱体10内的基底部12上，并将连接部件24涂敷于衬垫322a的间隙之间或者上面，然后将衬垫侧朝向下方并将光学元件30配置在第二配线18上。然后，使用高度调整夹具260按压光学元件30，并进行加热，从而将光学元件30与箱体10连接。第四变形例涉及的高度调整夹具260由于具有与第三变形例涉及的高度调整夹具260相同的结构，所以省略对其的说明。
这样，通过在光学元件30上预先形成衬垫322a，可将衬垫322配置在光学元件30上的适宜位置。而且，通过按压光学元件30，可精密调整光学元件30的基板的上表面和密封部件20的上表面的高度差。由此，无需考虑基板32的厚度，也可调整光学部件34和透镜部54的距离。
本发明并不只限于上述的实施例。例如，本发明包括与在实施例中说明的构成实质相同的构成(例如，功能、方法以及结果相同的构成，或者目的以及效果相同的构成)。并且，本发明还包括置换实施例中说明的构成中的非本质部分的构成。并且，本发明还包括取得与实施例中说明的构成相同作用效果的构成或者达到相同目的的构成。此外，本发明还包括在实施例中说明的构成上附加公知技术的构成。
附图标记
10箱体                            12基底部
14框架部                          16第一配线
18第二配线                        20密封部件
22衬垫                            24连接部件
30光学元件                        32基板
34光学部分                        36、38电线
40盖体部件                        50带有透镜的连接件
52套筒                            54透镜部
60高度调节夹具                    100光学模块
122衬垫                           200光学模块
222衬垫                           322衬垫

Claims (9)

1.一种光学模块，包括：
箱体，由陶瓷构成，具有基底部和设置于该基底部上的框架部；
光学元件，设置于所述框架部的内侧；
所述箱体的盖部件，由透明基板构成；以及
带透镜的连接器，以在所述箱体的上方配置透镜的方式进行设置。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，还包括设置于所述框架部的上表面的、用于连接所述箱体和所述盖部件的密封部件，
所述透明基板由玻璃基板构成，
所述密封部件由低熔点的玻璃构成。
3.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中，还包括在所述框架部的内侧、设置于所述基底部上方的衬垫，
所述光学元件设置于所述衬垫的上方。
4.根据权利要求3所述的光学模块，其中，所述衬垫由导电性材料构成。
5.根据权利要求4所述的光学模块，其中，还包括形成于所述基底部上表面的导电层，
所述衬垫由形成于所述导电层的上表面、并在两处与所述导电层连接的电线构成。
6.根据权利要求4或5所述的光学模块，其中，所述光学元件包括基板、设置于基板上的光学部分、以及用于驱动该光学部分的第一电极及第二电极，
所述第一电极形成于基板的所述衬垫一侧的面上。
7.一种具有光学元件的光学模块的制造方法，包括：
(a)准备由陶瓷构成的箱体的步骤，其中，所述箱体具有基底部和设置于该基底部上的框架部；
(b)在所述箱体的基底部的上方设置光学元件的步骤；
(c)在所述框架部的上表面设置用于连接所述箱体和所述盖部件的密封部件的步骤；
(d)连接所述箱体的框架部和由透明基板构成的盖部件的步骤；以及
(e)以在所述透明基板的上方配置透镜的方式设置带透镜的连接器的步骤。
8.根据权利要求7所述的光学模块，其中，所述步骤(a)包括通过烧成而使框架部件和板部件一体化的步骤，所述框架部件构成所述箱体的框架部，所述板部件构成所述箱体的基底部。
9.根据权利要求7或8所述的光学模块，其中，
在所述步骤(b)之前，还包括将衬垫设置于所述箱体的基底部上的步骤；以及通过按压使所述衬垫塑性变形的步骤，
在所述步骤(b)中，通过连接光学元件和所述衬垫，将所述光学元件设置于所述箱体的基底部的上方。
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