DE69837236T2

DE69837236T2 - Optisches modul

Info

Publication number: DE69837236T2
Application number: DE69837236T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Chiyoda-ku IWASE; Hajime Chiyoda-ku MORI; Takashi Chiyoda-ku SHIGEMATSU
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: EP0895112A4; WO1998032042A1; US6270263B1; JP3403306B2; DE69837236D1; EP0895112A1; JPH10206698A; EP0895112B1; CA2248245A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul, das zur optischen Kommunikation verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
In bekannter Weise lassen sich optische Module zur optischen Kommunikation in zwei Bauarten unterteilen, in eine Bauart vom Typ eines koaxialen Pigtails, die auf einer Hülsen-Bauart beruht und bei der ein optischer Wellenleiter, z.B. eine optische Faser, und ein optisches Halbleiterelement durch eine Linse optisch miteinander verbunden sind, und in eine Buchsen-Bauart, bei der eine optische Faser mittels eines Verbinders abnehmbar befestigt werden kann. Ferner umfassen Pumplaser oder Laserdiodenmodule vom Verteilungs-Rückkopplungstyp für optische Faserverstärker Pigtail-Module vom Schmetterlingstyp, die einen Kühler umfassen, bei dem ein Peltier-Element verwendet wird. Um eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen, wird in diesem Fall bei den Modulen der beiden Bauarten eine hermetisch abgedichtete Struktur aus Metall oder Keramik verwendet. Ein optisches Wellenleiterbauteil, wie z.B. eine optische Faser, empfängt Licht von einem Licht emittierenden Bauteil und wird mittels Löten oder YAG-Laser-Schweißen an einem Modul befestigt, wenn die Menge des Lichts, das mit der ausgerichteten optischen Faser projiziert wird, einen gewünschten Wert erreicht.
Andererseits sind optische Module einer neuen Bauart entwickelt worden, um dem Erfordernis einer Kostenreduzierung bei der Realisation von modernen optischen Teilnehmersystemen zu genügen. Ein Beispiel etwa ist in den "Telecommunications Society-Electronics Society Meeting Drafts C-296, 1996 "offenbart.
Dieses optische Modul zeichnet sich dadurch aus, dass es in der Bauart der „ebenen Montage" ausgeführt ist, dergestalt, dass ein Dual-Inline (DIL) als Package verwendet wird.
Bei diesem optischen Modul wird eine Laserdiode (im Weiteren als „LD" bezeichnet) mit hoher Genauigkeit durch Bilderkennung auf einem Siliziumsubstrat angebracht. Ein kurzes optisches Wellenleiterbauteil, wie z.B. eine optische Faser, wird im nicht ausgerichteten Zustand unter Verwendung einer V-Nut auf der Seite der Lichtemission von der LD des Substrats befestigt. Dieses optische Modul lässt sich leicht mittels eines Harzklebstoffs abdichten. Ein Endabschnitt der optischen Faser kann in lösbarer Bauart, die auf einer Verbinderschnittstelle basiert, oder in der Art eines Pigtails ausgeführt sein.
Das oben genannte Modul weist jedoch die folgenden Nachteile auf: Um das optische Wellenleiterbauteil, wie z.B. eine optische Faser, exakt mit einem optischen Bauteil zu koppeln, muss/müssen die V-Nuten) des Siliziumsubstrats mit einer hohen Genauigkeit von etwa 0,5 μm hergestellt werden. Wenn es sich bei der optischen Faser um eine einzelne Faser handelt, ist am Siliziumsubstrat nur eine V-Nut vorzusehen. In dem Fall jedoch, wenn eine Mehrzahl von optischen Fasern mit einer Mehrzahl von optischen Halbleiterelementen gekoppelt wird, ist eine Mehrzahl von V-Nuten mit hoher Genauigkeit herzustellen.
Es ist bekannt, ein auf einer Kaliumhydroxidlösung oder dergleichen basierendes Nass-Ätz-Verfahren zu verwenden, um die V-Nuten auf den Siliziumsubstraten herzustellen.
Bei diesem Verfahren werden die Substrate jedoch sehr zerstreut geätzt, so dass es schwer ist, gleichförmig feine V-Nuten herzustellen. In dem Fall, wenn mehrere V-Nuten alle gleichförmig hergestellt werden, ist insbesondere der Ertrag an erhaltenen Substraten gering. Darüber hinaus sind die optischen Fasern, z.B. Einzel-Mode-Fasern, fein und weisen Durchmesser von lediglich bis zu ca. 125 μm auf, so dass sie nicht leicht zu handhaben sind, wenn sie in den V-Nuten des Siliziumsubstrats positioniert werden. Beim Positionieren einer Mehrzahl von optischen Fasern, wie z.B. Bandfasern, in ihren korrespondierenden V-Nuten werden insbesondere die optischen Fasern so ungeordnet angeordnet, dass sie, wenn nicht gleichmäßig Kraft auf jede optische Faser ausgeübt wird, nicht leicht an den V-Nuten zu befestigen sind.
Die JP-A-07294777 offenbart ein optisches Modul mit einem Substrat, das mit Verdrahtungsmustern für elektrische Signale ausgebildet ist und eine Montagefläche aufweist, die mit einem optischen Halbleiterbauteil versehen ist, wobei das Substrat in einem Package angeordnet ist. Um eine Ausrichtung zwischen dem auf dem Substrat angebrachten optischen Halbleiterbauteil und einem im Package aufgenommen Wellenleiterbauteil zu erreichen, wird das Substrat sockelartig in einer Ausnehmung des Package angeordnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Ausrichtung zwischen dem optischen Halbleiterbauteil und dem optischen Wellenleiterbauteil zu vereinfachen.
Offenbarung der Erfindung
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, weist das erfindungsgemäße optische Modul die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Moduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Moduls in Draufsicht;
2 ein Substrat des optischen Moduls von 1 in perspektivischer Darstellung;
3 ein erstes Package des optischen Moduls von 1 in perspektivischer Darstellung;
4 ein zweites Package des optischen Moduls von 1 in perspektivischer Darstellung;
5 das mit dem Substrat von 2 versehene zweite Package von 4 in Draufsicht;
6 das optische Modul von 1 in einem Schnitt entlang der Linie VI-VI;
7 das optische Modul von 1 in einem Schnitt entlang der Linie VII-VII;
8 einen Querschnitt, der zeigt, wie eine V-Nut als ein erster Positionierungsabschnitt des Substrats und ein zweiter Positionierungsabschnitt des Package im optischen Modul von 1 miteinander in Eingriff stehen;
9 einen Querschnitt, der die Weise zeigt, in der das erste Package unter Verwendung zweier Formkörper und eines Kernstifts geformt wird;
10 eine Öffnung des Package mit einer optischen Faser als ein in einem Anordnungsabschnitt angeordneter optischer Wellenleiter in vergrößerter Draufsicht;
11 einen Querschnitt, der die Art und Weise zeigt, in der die optische Faser als das optische Wellenleiterbauteil und ein optisches Halbleiterbauteil angeordnet sind, wenn die V-Nut als der erste Positionierungsabschnitt des Substrats und der zweite Positionierungsabschnitt des Package im optischen Modul von 1 miteinander in Eingriff gebracht werden;
12 ein weiteres Beispiel des im Anordnungsabschnitt des Package angeordneten optischen Wellenleiterbauteils im Querschnitt entsprechend 7;
13 noch ein weiteres Beispiel des im Anordnungsabschnitt des Package angeordneten optischen Wellenleiterbauteils im Querschnitt entsprechend 7;
14 eine Abwandlung des ersten Package im Querschnitt;
15 eine weitere Abwandlung des in 13 gezeigten ersten Packages im Querschnitt;
16 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls, bei dem ein Substrat in einem zweiten Package angebracht ist, in Draufsicht;
17 das optische Modul der zweiten Ausführungsform im Querschnitt;
18 das optische Modul von 17 im Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI;
19 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls im Querschnitt;
20 das optische Modul von 19 in einem Querschnitt entlang der Linie XVIII-XVIII;
21 das optische Modul von 19 in aufgebrochener Darstellung von oben.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Moduls detailliert beschrieben.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, umfasst ein optisches Modul 1 ein Substrat 2 und ein Package 6.
Wie in 2 gezeigt, handelt es sich bei dem Substrat um ein Bauteil, dass z.B. eine Länge von 3,0 mm, eine Breite von 3,5 mm und eine Dicke von 1,0 mm aufweist und bei dem eine Isolationsschicht 2a auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats gebildet ist. Im Zentrum einer Montagefläche 2b oder der oberen Fläche des Substrats 2 sind mehrere elektrische Verdrahtungsmuster 3 gebildet, und zwei V-Nuten 2c sind in Querrichtung auf beiden Seiten dieser Verdrahtungsmuster 3 vorgesehen. Ferner sind ein Halbleiter-Laser (im Weiteren einfach als „LD" bezeichnet) 4 und eine Photodiode 5 auf dem vorderen Abschnitt der Montagefläche 2b des Substrats 2 angebracht und mit den bestimmten Verdrahtungsmustern 3 einzeln verbunden. Außer Silizium können z.B. Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrit als Substrat 2 verwendet werden. Wenn diese Materialien verwendet werden, werden die V-Nuten mittels Schneiden gebildet.
Der LD 4 verwendet die Montagefläche 2b als seine Bezugsebene und ist elektrisch mit der Montagefläche 2b nach unten (junction-down) kontaktiert, so dass ein (nicht dargestellter) Licht emittierender Abschnitt in einer Position unterhalb und in einer vorgegebenen Entfernung von der Montagefläche 2b angeordnet ist. Ferner überwacht die Photodiode 5 vom LD 4 emittiertes Licht.
Die V-Nuten 2c, die unter Verwendung einer Kaliumhydroxidlösung zu einer Tiefe von etwa 150 μm geätzt werden, haben den Vorteil, das mit ihrer Hilfe das Substrat 2 und ein erstes Package 7 mit hinreichender Genauigkeit positioniert werden können, indem Erhebungen 7g (die später besprochen werden) des ersten Package 7 in die V-Nuten eingreifen. Wenn das Substrat dann in der Kaliumhydroxidlösung geätzt wird, kann, unter Verwendung einer Siliziumkristallebene (001) als Bezugsebene, die V-Nut 2c mit einem Neigungswinkel θ von 54,7°, als Ebene (110) bezeichnet, wie in 8 gezeigt, mit guter Reproduzierbarkeit gebildet werden.
Das Package 6 wird aus einer Harzzusammensetzung gebildet, die durch Mischen von 100 Gewichtsteilen eines Kunstharzes, z.B. eines Polyphenylensulfids (PPS), das eine hohe Formgenauigkeit beim Formen gewährleistet, mit 100 Gewichtsteilen von kugelförmigem Silica als Füller hergestellt wird, und umfasst das erste Package 7 und ein zweites Package 8.
Wie in 3 gezeigt, handelt es sich beim ersten Package 7 um ein plattenartiges Bauteil, das von oben auf das zweite Package 8 aufgesetzt wird, so dass das Substrat 2 zwischen den beiden Packages 7 und 8 gehalten wird, und ist integral mit einem Frontrandabschnitt 7a, einem Druckabschnitt 7b, einem Rückplattenabschnitt 7c und einem Rückrandabschnitt 7d ausgebildet. Zum leichteren Verständnis des konstruktiven Aufbaus ist das in 3 gezeigte erste Package 7 auf dem Kopf stehend, d.h. mit der Bodenseite nach oben und der Oberseite nach unten, dargestellt. Der Frontrandabschnitt 7a wird in Längsrichtung von einem Faserloch 7e im Zentrum, durch welches hindurch ein optisches Wellenleiterbauteil, wie z.B. eine optische Faser, dem LD 4 gegenüberliegend geführt ist, durchgriffen. Der Druckabschnitt 7b weist eine Öffnung 7f auf, die im Zentrum seines Frontabschnitts, der an den Frontrandabschnitt 7a angrenzt, gebildet ist. Die beiden Erhebungen 7g sind auf beiden Seiten der Bodenöffnung 7f vorgesehen. Wie in 8 gezeigt, greift jede Erhebung 7g in ihre korrespondierende V-Nut 2c des Substrats 2 ein, wodurch eine Positionierung des Substrats 2 und des ersten Package 7 erfolgt. Die Positionierung des Substrats 2 und des ersten Package 7 erfordert die Verwendung mindestens einer Erhebung 7g, und die Anzahl der Erhebungen 7g ist nicht begrenzt. Wenn das optische Modul 1 zusammengebaut wird, können deshalb der LD 4 und die optische Faser im Faserloch 7e mit hoher Genauigkeit positioniert werden.
Das erste Package 7 wird so geformt, dass das Faserloch 7e, welches den Frontrandabschnitt 7a in Längsrichtung durchgreift, in geeigneter Weise dem LD 4 an beiden Enden hiervon, insbesondere auf der Seite des Substrats 2, gegenüberliegt. Wie in 9 gezeigt, wird das erste Package 7 unter Verwendung einer oberen Form M_U und einer unteren Form M_L geformt. Bei der Formbearbeitung wird ein Kernstift P_c, der das Faserloch 7e bildet, an zwei Punkten gehalten. Wenn dies erfolgt, kann der Kernstift P_c während der Formbearbeitung nicht durch den Druck des Harzes bewegt werden, so dass das Faserloch 7e mit hoher Genauigkeit im Frontrandabschnitt 7a geformt werden kann.
Ferner wird der Durchmesser des verwendeten Kernstifts P_c so gewählt, dass das Spiel zwischen dem Faserloch 7e und der optischen Faser darin an beiden Enden des zu bildenden Faserlochs 7e im Bereich von 0,1 bis 0,8 μm liegt, und dass verhindert wird, dass sich das ferne Ende der eingesetzten Faser zu stark bewegt. Wenn es sich bei der optischen Faser um eine Einzel-Mode-Faser mit einem Durchmesser von z.B. 125 μm handelt, wird der Durchmesser des Kernstifts P_c so gewählt, dass der Durchmesser des zu formenden Faserlochs 7e 126 μm beträgt, was einen Wert darstellt, der ein wenig größer als der Faserdurchmesser ist. Folglich kann das erste Package 7 die optische Faser im Faserloch 7e daran hindern, sich unter einem rechten Winkel zur optischen Achse zu bewegen, wodurch die optische Faser und der LD 4 genau positioniert werden, wenn das optische Modul zusammengebaut wird.
Wie in 4 gezeigt, handelt es sich bei dem zweiten Package 8 um ein plattenartiges Bauteil, bei dem ein aus einem elektrisch leitenden Metall gebildeter Montageabschnitt 8a und ein aus einer Mehrzahl von Leitern 9 gebildeter Leiterrahmen integral geformt sind. Der Montageabschnitt 8a und die Leiter 9 sind auf der Oberfläche frei gelegt. Jeder Leiter 9 erstreckt sich in Querrichtung nach außen und erstreckt sich dann nach oben oder hängt herab. Darüber hinaus sind beim zweiten Package 8 ein Stufenabschnitt 8b und eine Eingriffswand 8c an dessen Front- bzw. Rückteil ausgebildet, und an den in Querrichtung einander gegenüberliegenden Seiten sind Seitenwände 8d vorgesehen. Der Montageabschnitt 8a wird in einer gegenüber dem Stufenabschnitt 8b rückwärts versetzten Position geformt, wenn das oben beschriebene elektrisch leitende Metall geformt wird.
Das optische Modul 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird in der folgenden Weise zusammengebaut:
Zunächst wird, wie in 5 gezeigt, das in 2 gezeigte Substrat 2 mit nach oben weisender Montagefläche 2b auf dem Montageabschnitt 8a des zweiten Package 8 angeordnet, und jedes Verdrahtungsmuster 3 und dessen korrespondierender Leiter 9 werden unter Verwendung einer Leitung 10, wie z.B. einem Golddraht, mittels Drahtbonding miteinander verbunden. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in den 5 und 7 gezeigt, das Substrat 2 in einer solchen Weise auf dem Montageabschnitt 8a angeordnet, dass zwischen dem Substrat 2 und dem Rückabschnitt des ersten Frontrandabschnitts 7a des ersten Package 7 ein schmaler Spalt definiert wird.
Dann werden der erste Frontrandabschnitt 7a und der Rückrandabschnitt 7d mit dem Stufenabschnitt 8b bzw. mit der Eingriffwand 8c korrespondierend angeordnet, und der Druckabschnitt 7b und der Rückplattenabschnitt 7c werden zwischen den beiden Seitenwänden 8d platziert. In diesem Zustand wird das erste Package 7 von oben auf das Substrat 2 gesetzt, so dass die Erhebungen 7g in ihre korrespondierenden V-Nuten 2c des Substrats 2 eingreifen, wodurch das Substrat 2, wie in 6 gezeigt, zwischen den beiden Packages 7 und 8 gehalten wird.
Bis zu diesem Zeitpunkt sind die V-Nuten 2c auf der Montagefläche 2b oder der oberen Fläche des Substrats 2 ausgebildet, so dass die V-Nuten 2c zu sehen sind, wenn die Erhebungen 7g positioniert werden. So ist die Positionierung der Erhebungen 7g bezüglich der V-Nuten 2c einfach. Ferner werden die Packages 7 und 8 mittels eines Klebstoffs, wie z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, das zuvor auf vorbestimmte Stellen hiervon aufgetragen wurde, miteinander verbunden.
Wie in 7 gezeigt, wird anschließend eine optische Faser O_F mit einer polierten Endfläche von außerhalb des ersten Package 7 in das Faserloch 7e eingefügt, woraufhin sie gegen die Frontfläche des Substrats 2 drückt. Wie in 10 gezeigt, erstreckt sich die optische Faser O_F daher vom Frontrandabschnitt 7a des ersten Package 7 in Richtung auf das Substrat 2 über eine Entfernung von 1 bis 1.000 mm, was dem Spalt zwischen dem Frontrandabschnitt 7a und dem Substrat 2 entspricht, so dass die Positionierung der optischen Faser O_F bezüglich des LD 4 in der Richtung der optischen Achse ebenfalls einfach ist.
Das Faserloch 7e wird auf eine solche Weise gebildet, dass der Kernstift P_C mittels der oberen und der unteren Form M_U und M_L an zwei Punkten gehalten werden kann und dass das Spiel zwischen dem Faserloch 7e und der optischen Faser O_F im Bereich von 0,1 bis 0,8 μm liegt. Wie in 11 gezeigt, können daher ein Zentrum C der optischen Faser O_F und der (nicht gezeigte) Licht emittierende Abschnitt des LD 4 bezüglich einer senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Richtung exakt positioniert werden. Der äußere Endabschnitt des Faserlochs 7e kann konisch ausgebildet sein, so dass sich die optische Faser O_F einfach darin einsetzen lässt.
Danach wird die optische Faser O_F mittels eines Klebstoffs, wie z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, am Faserloch 7e befestigt, und ein Kunstharz, wie z.B. ein mit einem Silicafüller gefülltes Epoxidharz, wird durch die Öffnung 7f zugeführt, um den LD 4 zu schützen. Danach ist der Zusammenbau des optischen Moduls 1 vom Pigtail-Typ, bei dem sich die optische Faser O_F vom ersten Package 7 erstreckt, abgeschlossen. Die Öffnung 7f wird so beschickt, dass das Kunstharz schließlich bündig mit der oberen Fläche des ersten Package 7 abschließt.
Beim erfindungsgemäßen optischen Modul werden, wie oben beschrieben, das Substrat 2 und das erste Package 7 mittels der V-Nuten 2c und der Erhebungen 7g positioniert, und die optische Faser O_F, ein optisches Wellenleiterbauteil, wird durch Kleben am Faserloch 7e des ersten Package 7, nicht an den V-Nuten, befestigt. Deshalb kann das erfindungsgemäße optische Modul im Vergleich zu herkömmlichen optischen Modulen sehr einfach zusammengebaut werden.
Das optische Modul 1 kann abnehmbar ausgeführt sein, indem es, wie in 12 gezeigt, unter Verwendung einer optischen Faserschnur O_c in der Art eines Pigtails ausgebildet wird, oder wie in 13 gezeigt, unter Verwendung einer Ferrule F in der Buchsen-Bauart ausgebildet wird. Ferner kann, wie in 14 gezeigt, der Frontrandabschnitt 7a des ersten Package 7 mit einem integral geformten Ansatz 7k in Form einer Ferrule versehen sein. Darüber hinaus kann, wie in 15 gezeigt, bei dem optischen Modul 1 eine Ferrule G aus Keramik, wie z.B. Zirkonerde, oder Glas integral mit dem Frontrandabschnitt des ersten Package 7 geformt sein. Mit den in den 12 bis 15 gezeigten Anordnungen lässt sich das optische Modul 1 einfacher zusammensetzen.
Wie in 12 gezeigt, wird in dem Fall, wen die optische Faserschnur O_c verwendet wird, das erste Package 7 so ausgebildet, dass das von der optischen Faser O_F durchgriffene Faserloch 7e von kleinem Durchmesser und ein von der optischen Faserschnur O_c durchgriffenes Faserloch 7h von großem Durchmesser innerhalb bzw. außerhalb des dem Substrat 2 zugewandten Frontrandabschnitts 7a gebildet werden.
Andererseits wird, wie in 13 gezeigt, in dem Fall, wenn eine Ferrule F verwendet wird, das erste Package 7 so ausgebildet, dass dessen Frontrandabschnitt 7a mit einem Faserloch 7e von kleinem Durchmesser, das von der optischen Faser O_F, die sich von der Ferrule F erstreckt, durchgriffen wird, sowie einer Ausnehmung 7j, in die die Ferrule F einzupassen ist, versehen ist.
In dem Fall, wenn, wie in 15 gezeigt, die Ferrule G auf dem Frontrandabschnitt des ersten Package 7 geformt ist, wird die Ferrule G darüber hinaus zuvor mit einer Nut Gv an ihrem Rückabschnitt, der in das erste Package 7 einzubetten ist, ausgebildet. Mit dieser Anordnung kann die Ferrule G nicht einfach aus dem ersten Package 7 herausrutschen.
Unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 wird ein optisches Modul, das lösbar an einem als MT-Verbinder (IEC61754-5) bezeichneten Multifaserverbinder befestigt werden kann, als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
Ein optisches Modul 20 ist mit einem Substrat 21 und einem Package 25 versehen, das ein erstes Package 26 und ein zweites Package 27 umfasst. Das Package 25 wird mit der gleichen Harzzusammensetzung wie das Package 6 gemäß der ersten Ausführungsform gebildet.
In den unten beschriebenen Ausführungsformen stimmen die Anordnungen der einzelnen Bauteile und die Schritte des Verfahrens zum Zusammenbauen des optischen Moduls, sofern nichts anders angegeben, mit der ersten Ausführungsform überein. Deshalb werden in der folgenden Beschreibung korrespondierende Namen oder Ziffern verwendet, um korrespondierende Bauteile zu bezeichnen, wodurch die detaillierte Beschreibung vereinfacht wird.
Wie in 16 gezeigt, sind vier LDs 22 auf einer Montagefläche 21b oder der oberen Fläche des Substrats 21 in Querrichtung hiervon angeordnet, und entsprechend viele Verdrahtungsmuster 23 sind ausgebildet.
Wie in 18 gezeigt, ist das erste Package 26 mit vier Faserlöchern 26e und Stiftlöchern 26h auf beiden Seiten der vier Faserlöcher 26e in seinem Frontrandabschnitt 26a ausgebildet, und die Verdrahtungsmuster 23 des Substrats 21 sind mit ihren korrespondierenden Leitern 28 mittels Drähten 29, wie z.B. Golddrähten, verbunden.
Das optische Modul 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in der folgenden Weise zusammengebaut:
Als erstes wird, wie in 16 gezeigt, das Substrat 21 auf einem Montageabschnitt 27a des zweiten Package 27 mit nach oben weisender Montagefläche 21b angeordnet, und jedes Verdrahtungsmuster 23 und dessen korrespondierender Leiter 28 oder die Montagefläche 21b werden mittels eines Drahtes, wie z.B. eines Golddrahtes, miteinander verbunden.
Dann wird das erste Package 26 von oben auf das Substrat 21 gesetzt, so dass seine Erhebungen 26e in die korrespondierenden V-Nuten 21c des Substrats 21 eingreifen, und die beiden Packages 26 und 27 werden mittels eines Klebstoffs, wie z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, miteinander verbunden, wobei das Substrat 21, wie in 17 gezeigt, zwischen den Packages 26 und 27 gehalten wird.
Anschließend wird eine (nicht dargestellte) optische Faser, die auf eine vorgegebene Länge im Hinblick auf die Länge der Faserlöcher 26e zugeschnitten ist und eine polierte Endfläche aufweist, in jedes Faser loch 26e eingefügt, woraufhin ein Ende derselben gegen die Frontfläche des Substrats 21 drückt und das andere Ende auf der oberen Fläche des Frontrandabschnitts 26a frei liegt.
Als optische Faser kommt jeder optische Faserkern aus einer einzelnen Faser oder eine so genannte Bandfaser, die aus einer Mehrzahl von parallel in vorbestimmten Intervallen angeordneten optischen Fasern besteht, in Frage. So erstreckt sich der optische Faserkern, analog zu demjenigen gemäß der ersten Ausführungsform, über eine Entfernung von 1 bis 1.000 μm, die dem Spalt zwischen dem Frontrandabschnitt 26a und dem Substrat 21 entspricht, vom Frontrandabschnitt 26a des ersten Package zum Substrat 21. Zu diesem Zeitpunkt wird jedes Faserloch 26e, analog zu dem des ersten Package 7, so ausgebildet, dass das Spiel zwischen dem Faserloch 26e und der optischen Faser im Bereich von 0,1 bis 0,8 μm liegt.
Danach wird jeder optische Faserkern mittels eines Klebstoffs, wie z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, am Faserloch 26e befestigt, und ein Kunstharz, wie z.B. ein mit einem Silicafüller gefülltes Epoxidharz. wird durch eine Öffnung 26f zugeführt, um jeden LD 22 zu schützen.
Schließlich wird die Lichtemissionsseite des Frontrandabschnitts 26a zusammen mit der optischen Faser poliert, woraufhin der Zusammenbau des optischen Moduls 20 abgeschlossen ist.
Deshalb kann das optische Modul 20 im Betriebszustand unter Verwendung von (nicht dargestellten) Führungsstiften, die einzeln durch die Stiftlöcher 26h geführt sind, mit dem oben genannten MT-Verbinder verbunden oder von diesem entfernt werden.
Beim hier beschriebenen optischen Modul wird ein MT-Verbinder als Multifaserverbinder verwendet. Selbstverständlich ist man jedoch bei der Wahl des im optischen Modul verwendeten Multifaserverbinders nicht auf einen MT-Verbinder beschränkt, und es kann sich dabei auch um eine Miniatur-Variante des MT-Verbinders handeln.
Es können auch Bumps auf den Leitern als alternative Mittel zum Verbinden der Verdrahtungsmuster des Substrats und ihrer korrespondierenden Leiter verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 19 bis 21 wird eine dritte Ausführungsform des optischen Moduls beschrieben, bei der diese Bumps verwendet werden.
Ein optisches Modul 30 ist mit einem Substrat 31, einem Package 35 und einer Kappe 37 versehen. 21 zeigt eine Draufsicht des optischen Moduls 30 in aufgebrochener Darstellung.
Im Substrat 31 ist eine (nicht dargestellte) Isolierschicht auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats gebildet. Wie in 21 gezeigt, ist im Zentrum einer Montagefläche 31a oder der oberen Fläche des Substrats 31 eine Mehrzahl von elektrischen Verdrahtungsmustern 32 gebildet, und in Querrichtung sind auf beiden Seiten dieser Verdrahtungsmuster 32 zwei V-Nuten 31b vorgesehen. Ferner ist ein LD 33 auf dem Frontabschnitt der Montagefläche 31a des Substrats 31 angebracht und mit einem bestimmten Verdrahtungsmuster von den Verdrahtungsmustern 32 verbunden.
Das Package 35 ist als ein Bauteil in der Form eines Vierkantrohrs mit geöffnetem Rückabschnitt ausgeführt. Ein Faserloch 35b durchgreift das nahe Zentrum eines Frontabschnitts 35a in Längsrichtung, während im Frontabschnitt einer oberen Platte 35c eine Öffnung 35d gebildet ist.
Das Faserloch 35b ist, analog zu dem des Package gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, so ausgelegt, dass das Spiel zwischen dem Faserloch 35b und einer optischen Faser im Bereich von 0,1 bis 0,8 μm liegt. Die Offnung 35d ist in einer Position gebildet, die der Öffnung jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, z.B. der Öffnung 26f des ersten Package 26, entspricht. Mehrere Leiter 36, die jeweils einen Bump 36a auf ihrer Vorderfläche aufweisen, sind integral auf der inneren Fläche der oberen Platte 35c gebildet, so dass ihre Flächen frei liegen. Erhebungen 35e, die sich zum Rückabschnitt erstrecken, sind in Querrichtung auf beiden Seiten der Öffnung 35d gebildet.
Der Bump 36a auf der Vorderseite von jedem Leiter 36 ist an einer Position gebildet, die mit jedem Verdrahtungsmuster 32 auf dem Substrat 31 korrespondiert. Ferner ist eine Ausnehmung 35g mit einer leicht vertieften Oberfläche auf dem inneren Frontabschnitt einer Bodenplatte 35f gebildet. Die Ausnehmung 35g stellt einen Abschnitt dar, in dem das Substrat 31 positioniert ist, und der LD 33 ist bezüglich des Faserlochs 35b positioniert. Die Ausnehmung 35g ist an einer Position gebildet, derart, dass eine (nicht dargestellte) optische Faser, die durch das Faserloch 35b geführt ist, sich über 1 bis 1.000 μm nach innen erstreckt, wenn die optische Faser gegen die Vorderfläche des Substrats 31 drückt.
Bei der Kappe 37 handelt es sich um ein Bauteil, das den Rückabschnitt des Package 35 bedeckt und einen in das Package 35 eingesetzten Einsetzabschnitt 37a sowie einen den Rückabschnitt bedeckenden Deckelabschnitt 37b umfasst.
Das den oben beschriebenen Aufbau aufweisende optische Modul gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in der folgenden Weise zusammengebaut:
Zunächst werden die V-Nuten 31b mit den Erhebungen 35e in Eingriff gebracht, und das Substrat wird in das Package 35 durch den Rückabschnitt hiervon eingefügt und mittels der Ausnehmung 35g positioniert. Daraufhin greifen in dem Package 35 die Bumps 36a einzeln in die auf dem Substrat 31 gebildeten Verdrahtungsmuster 32 ein, wodurch die Verdrahtungsmuster 32 und ihre korrespondierenden Leiter 36 elektrisch miteinander verbunden werden, und der LD 33 wird in der richtigen Position bezüglich des Faserlochs 35b positioniert.
Dann wird die (nicht dargestellte) optische Faser, die auf eine festgelegte Länge im Hinblick auf die Länge des Faserlochs 35b und die oben beschriebene Vorsprunglänge zugeschnitten wird und eine polierte Endfläche aufweist, in jedes Faserloch 35b eingesetzt, woraufhin ein Ende hiervon gegen die Vorderfläche des Substrats 31 drückt und das andere Ende auf der äußeren Fläche des Frontabschnitts 35a freiliegt. Somit erstreckt sich die optische Faser über 1 bis 1.000 μm vom Frontabschnitt 35a zum Substrat 31.
Anschließend wird die optische Faser mittels eines Klebstoffs, wie z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, am Faserloch 35b befestigt, und ein Kunstharz, wie z.B. ein mit einem Silicafüller gefülltes Epoxidharz, wird durch die Öffnung 35d zugeführt, um den LD 33 zu schützen.
Danach wird die Kappe 37 in das Package 35 durch einen Rückabschnitt hiervon eingefügt und mittels eines Klebstoffs, z.B. eines duroplastischen Epoxidharzes, am Package 35 befestigt, woraufhin der Zusammenbau des optischen Moduls 30 abgeschlossen ist.
So werden bei dem optischen Modul 30 der vorliegenden Ausführungsform die Verdrahtungsmuster 32 des Substrats 31 und ihre korrespondierenden Leiter 36 mittels der Bumps 36a elektrisch miteinander verbunden, so dass der Vorgang des Zusammenbaus einfacher ist als in dem Fall, wenn Drahtbonding für das Verbinden verwendet wird.

Claims

Optisches Modul umfassend: ein Substrat (2, 21), das mit Verdrahtungsmustern (3, 23) für elektrische Signale versehen ist und eine Montagefläche (2b, 21b) aufweist, auf der ein oder mehrere optische Halbleiterbauteile (4, 5, 22) angebracht sind, die ausgelegt sind, um Licht entlang einer optischen Achse parallel zur Montagefläche (2b, 21b) zu emittieren oder zu empfangen; und ein Package (6, 25), in dem das Substrat angeordnet ist, wobei das optische Modul dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat mit mindestens einer in der Montagefläche ausgebildeten V-Nut (2c, 21c) versehen ist, die sich parallel zur optischen Achse erstreckt; wobei das Package umfasst: einen ersten Teil (7, 26), der aus Kunstharz gebildet ist, wobei der erste Teil einen Anordnungsabschnitt, in dem ein oder mehrere optische Wellenleiterelemente parallel zur optischen Achse, den optischen Halbleiterbauteilen gegenüberliegend, angeordnet sind, sowie eine Erhebung (7g, 26g) aufweist, die ausgelegt ist, um in die V-Nut einzugreifen, um dadurch die optischen Halbleiterbauteile und den Anordnungsabschnitt zu positionieren, und einen zweiten Teil (8, 27), der aus Kunstharz gebildet ist, wobei der zweite Teil einen Montageabschnitt (8a, 27a) aufweist, der aus einem elektrisch leitenden Metall und einer Mehrzahl von Leitern (9, 28) gebildet ist, wobei das elektrisch leitende Metall und die Mehrzahl von Leitern einstückig mit dem Kunstharz ausgebildet sind, derart, dass sie auf einer Oberfläche des zweiten Teils freiliegen; und wobei das Substrat zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil gehalten wird.
Optisches Modul umfassend: ein Substrat (31), das mit Verdrahtungsmustern (32) für elektrische Signale versehen ist und eine Montagefläche (31a) aufweist, auf der ein oder mehrere optische Halbleiterbauteile (33) angebracht sind, die ausgelegt sind, um Licht entlang einer optischen Achse parallel zur Montagefläche zu emittieren oder zu empfangen; und ein Package (35), in dem das Substrat angeordnet ist, wobei das optische Modul dadurch gekennzeichnet ist, dass: das Substrat mit mindestens einer in der Montagefläche ausgebildeten V-Nut (31b) versehen ist, wobei sich die V-Nut parallel zur optischen Achse erstreckt; wobei das Package umfasst: einen ersten Teil, der aus einem Kunstharz gebildet ist, wobei der erste Teil einen Anordnungsabschnitt, in dem ein oder mehrere optische Wellenleiterelemente parallel zur optischen Achse, den optischen Halbleiterbauteilen gegenüberliegend, angeordnet sind, sowie eine Erhebung (35e) aufweist, die ausgelegt ist, um in die V-Nut einzugreifen, um dadurch die optischen Halbleiterbauteile und den Anordnungsabschnitt zu positionieren, und einen zweiten Teil, der aus Kunstharz gebildet ist, wobei der zweite Teil einen aus einem elektrisch leitenden Metall und einer Mehrzahl von Leitern (36) gebildeten Abschnitt aufweist, wobei das elektrisch leitende Metall und die Mehrzahl von Leitern einteilig mit dem Kunstharz ausgebildet sind, derart, dass sie auf einer Oberfläche des zweiten Teils freiliegen; und wobei das Substrat zwischen dem ersten Teil und der inneren Bodenfläche des Package gehalten wird.
Optisches Modul nach Anspruch 1, wobei der erste Teil ein erstes Package umfasst und wobei der zweite Teil ein zweites Package umfasst, das unabhängig vom ersten Package ist.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem optischen Wellenleiterelement um eine Optikfaser handelt und wobei es sich bei dem Anordnungsabschnitt um ein Faserloch handelt.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Wellenleiterelement eine optische Faserschnur vom Pigtail-Typ umfasst und der Anordnungsabschnitt ein von der optischen Faserschnur durchgriffenes Durchgangsloch und ein Faserloch umfasst, das einen kleineren Durchmesser als das Durchgangsloch aufweist und von einer Optikfaser durchgriffen wird.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Wellenleiterelement eine in Kombination mit einer Ferrule verwendete Optikfaser umfasst und wobei der Anordnungsabschnitt eine Ausnehmung, in die die Ferrule eingepasst ist, und ein von der Optikfaser durchgriffenes Faserloch umfasst.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Frontrandabschnitt des Package mit einem einteilig ausgebildeten Ansatz in Form einer Ferrule versehen ist.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das eine oder die mehreren optischen Halbleiterbauteile eine Mehrzahl von optischen Halbleiterbauteilen umfassen, die auf der Montagefläche in einer Richtung quer zur optischen Achse angeordnet sind, das Verdrahtungsmuster eine der Mehrzahl der optischen Halbleiterbauteile entsprechende Anzahl an Verdrahtungsmustern umfasst, der erste Teil einen Frontrandabschnitt, der mit zumindest so vielen Faserlöchern, wie optische Halbleiterbauteile vorhanden sind, ausgebildet ist, und Nadellöcher auf beiden Seiten der optischen Faserlöcher aufweist, und das Verdrahtungsmuster mittels Adern mit den Leitern verbunden ist.
Optisches Modul nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Package um einen röhrenartig geformten Körper handelt, der von quadratischer Gestalt ist und von dem ein Rückabschnitt offen ist, wobei der Körper den ersten Teil und den einteilig mit diesem ausgebildeten zweiten Teil aufweist, und wobei die Leiter, die jeweils einen Bump aufweisen, integral auf dem zweiten Abschnitt geformt sind, so dass die Bumps Oberflächen ausgesetzt sind.
Optisches Modul nach Anspruch 9, wobei das Package eine Kappe aufweist, die einen Rückabschnitt von diesem, der offen ist, bedeckt, und wobei die Kappe einen in das Package eingesetzten Einsetzabschnitt (37a) sowie einen den Rückabschnitt überdeckenden Deckelabschnitt (37b) umfasst.
Optisches Modul nach Anspruch 7 und 8, wobei das eine oder die mehreren optischen Wellenleiterelemente derart angeordnet sind, dass jede von deren Endflächen sich vom Frontrandabschnitt des Package über eine Distanz von 1 bis 1000 μm auf die Innenseite des Package erstreckt, wenn der eine oder jeder der mehreren in den Anordnungsabschnitt eingesetzten optischen Wellenleiter an einer Vorderfläche des Substrats an Abschnitten des einen oder der mehreren optischen Wellenleiter angelegt ist, wo das eine oder die mehreren optischen Halbleiterbauteile bezüglich des Anordnungsabschnitts positioniert sind.