JP6898245B2 - Optical bench subassembly with integrated optical device - Google Patents
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Description
本願は、
(1)2015年3月22日出願の米国仮特許出願第62/136601号に基づく優先権を主張するものであり、
(2)2013年4月11日出願の米国特許出願第13/861273号の一部継続出願であり、その米国特許出願第13/861273号は、
(a)2012年4月11日出願の米国仮特許出願第61/623027号に基づく優先権を主張するものであり、
(b)2012年9月10日出願の米国仮特許出願第61/699125号に基づく優先権を主張するものであり、また、
(c)2013年3月5日出願の米国特許出願第13/786448号の一部継続出願であり、その米国特許出願第13/786448号は、2012年3月5日に出願された米国仮特許出願第61/606885号に基づく優先権を主張するものであり、
(3)2015年5月15日出願の米国特許出願第14/714211号の一部継続出願であり、その米国特許出願第14/714211号は、
(a)2014年5月15日出願の米国仮特許出願第61/994094号に基づく優先権を主張するものであり、また
(b)2015年4月23日出願の米国特許出願第14/695008号の一部継続出願である。
これらの出願は、参照により、それらの内容が本明細書に完全に記載されているかのように、完全に組み込まれているものとする。以下で言及するすべての刊行物も、参照により、それらの内容が本明細書に完全に記載されているかのように、完全に組み込まれているものとする。
This application is
(1) Priority is claimed based on US Provisional Patent Application No. 62/136601 filed on March 22, 2015.
(2) A partial continuation of U.S. Patent Application No. 13/861273 filed on April 11, 2013, which U.S. Patent Application No. 13/861273 is
(A) Priority is claimed under US Provisional Patent Application No. 61/623027 filed on April 11, 2012.
(B) Claims priority under US Provisional Patent Application No. 61/699125 filed on September 10, 2012.
(C) A partial continuation of U.S. Patent Application No. 13/786448 filed on March 5, 2013, which U.S. Patent Application No. 13/786448 was filed on March 5, 2012. It claims priority under Patent Application No. 61/606885.
(3) A partial continuation of U.S. Patent Application No. 14/714211 filed on May 15, 2015, which U.S. Patent Application No. 14/714211 is.
(A) Priority is claimed under US Provisional Patent Application No. 61/994094 filed May 15, 2014, and (b) US Patent Application No. 14/695008 filed April 23, 2015. This is a partial continuation application for the issue.
These applications are by reference fully incorporated as if their contents were fully described herein. All publications referred to below are also by reference fully incorporated, as if their contents were fully described herein.
本発明は、光学ベンチサブアセンブリに関するものであり、より詳細には、光学ベンチを基礎とする光ファイバサブアセンブリに関するものであり、さらに詳細には、光学ベンチを基礎とする密閉型の光ファイバフィードスルーサブアセンブリに関するものである。 The present invention relates to an optical bench subassembly, more particularly to an optical fiber subassembly based on an optical bench, and more particularly to a closed fiber optic feed based on an optical bench. It relates to a through subassembly.
光ファイバ導波路を介して光信号を送信することには多くの利点があり、その用途は多岐に亘る。単純に可視光を遠隔地点に送信するために、単一または複数のファイバ導波路が使用され得る。複雑な電話用またはデータ通信システムは、多数の特定の光信号を送信し得る。データ通信システムは、光ファイバを端部−端部間接続の関係で接続するデバイスを含み、それらのデバイスには、光を供給、検出および/または制御し、光信号と電気信号との間の変換を行う、光学素子および電子部品を含む光電子デバイスまたは光デバイスが含まれる。 Transmitting optical signals over fiber optic waveguides has many advantages and is versatile in use. A single or multiple fiber waveguides may be used to simply transmit visible light to a remote location. Complex telephone or data communication systems can transmit a large number of specific optical signals. Data communication systems include devices that connect optical fibers in an end-to-end connection, supplying, detecting, and / or controlling light to those devices, between optical and electrical signals. Includes optoelectronic or optical devices, including optical elements and electronic components, that perform the conversion.
たとえば、トランシーバ(Xcvr)は、当該技術分野においてパッケージとして知られるモジュールハウジング内部において回路と組み合わされた送信デバイス(Tx)および受信デバイス(Rx)の両方を含む、光電子モジュールである。パッケージは、その中身を周囲環境から保護するために、密閉封止されていてもよい。送信デバイスは光源(たとえばVCSELまたはDFBレーザ)を含み、受信デバイスは光センサ(たとえばフォトダイオード(PD))を含む。従来の態様では、トランシーバの回路構成(たとえばレーザドライバやトランスインピーダンス増幅器(TIA)等を含む)は、プリント回路ボード上にはんだ留めされている。かかるトランシーバは、一般的に、(密閉型であるか非密閉型であるかにかかわらず)パッケージの底部または床部を形成する基板を有しており、レーザや光ダイオード等の光電子デバイスは、かかる基板上にはんだ留めされている。光ファイバは、密閉型フィードスルーを用いてパッケージの壁を通して引き込まれるかパッケージの外面に接続される(本願と共通に本願譲受人/出願人に譲受され、その内容が本明細書に完全に記載されているかのように完全に組み込まれている、特許文献1参照)。 For example, a transceiver (Xcvr) is an optoelectronic module that includes both a transmitting device (Tx) and a receiving device (Rx) combined with a circuit inside a module housing known in the art as a package. The package may be hermetically sealed to protect its contents from the surrounding environment. The transmitting device includes a light source (eg, VCSEL or DFB laser) and the receiving device includes an optical sensor (eg, a photodiode (PD)). In a conventional embodiment, the transceiver circuit configuration (including, for example, a laser driver, a transimpedance amplifier (TIA), etc.) is soldered onto a printed circuit board. Such transceivers generally have a substrate that forms the bottom or floor of the package (whether sealed or unsealed), and optoelectronic devices such as lasers and photodiodes It is soldered onto such a substrate. The optical fiber is either drawn through the wall of the package or connected to the outer surface of the package using a sealed feedthrough (assigned to the assignee / applicant of the present application in common with the present application, the contents of which are fully described herein. It is completely incorporated as if it were, see Patent Document 1).
光ファイバの端部は、ハウジング内に保持されている光電子デバイスに、光結合される。フィードスルー要素が、壁の開口を通るように光ファイバの一部の個所を支持する。腐食媒体や湿気等から構成部品を保護するために、多くの用途において、光電子モジュールのハウジング内に光電子デバイスを密閉封止することが望ましい。光電子モジュールのパッケージが全体として密閉封止されなくてはならないため、光電子モジュールハウジング内部の電子光学部品が高い信頼性で継続的に周囲環境から保護されるよう、フィードスルー要素も密閉封止されなくてはならない。 The end of the optical fiber is optically coupled to an optoelectronic device held in the housing. The feedthrough element supports a portion of the optical fiber through an opening in the wall. In many applications, it is desirable to seal the optoelectronic device inside the optoelectronic module housing in order to protect the components from corrosion media, moisture and the like. Since the package of the optoelectronic module must be hermetically sealed as a whole, the feedthrough elements are also not hermetically sealed so that the electro-optic components inside the optoelectronic module housing are highly reliable and continuously protected from the surrounding environment. must not.
適切な動作のためには、プリント回路ボード上に支持された光電子デバイスは、外部の光ファイバに高効率で光を結合しなくてはならない。いくつかの光電子デバイスは、単一モードの光接続を必要とし、これは、光ファイバとデバイスとの間で、典型的には1μm未満である厳しいアラインメント許容誤差を必要とする。これは、ファイバと光電子デバイスとの間で受け渡される光の量が最大となるまで(1つまたは複数の)光ファイバの位置および向きが機械要素を用いて調節される能動光学アラインメントのアプローチを用いて、複数の光ファイバが複数の光電子デバイスに対して光学的にアラインメントされなくてはならないマルチファイバの用途においては、とりわけ難題である。 For proper operation, the optoelectronic device supported on the printed circuit board must efficiently couple the light to an external optical fiber. Some optoelectronic devices require a single-mode optical connection, which requires a tight alignment tolerance, typically less than 1 μm, between the fiber optic and the device. This is an active optical alignment approach in which the position and orientation of the optical fiber (s) is adjusted using mechanical elements until the amount of light passed between the fiber and the optoelectronic device is maximized. In use, it is a particular challenge in multi-fiber applications where multiple optical fibers must be optically aligned to multiple optoelectronic devices.
図1Aおよび1Bは、密閉型のマルチファイバフィードスルー502を有する、密閉封止された光電子パッケージ500を示しており、このパッケージ500では、密閉型フィードスルー502は、パッケージ500の床部により支持されているサブマウント506上にマウントされた光デバイス504に対して、能動的にアラインメントされる。この例では、フィードスルー502は、特許文献2(本願と共通に本願譲受人/出願人に譲受され、その内容が本明細書に完全に記載されているかのように完全に組み込まれている)に開示される光結合デバイスに類似している。光デバイス504は、たとえばサブマウント506およびプリント回路ボード508を介してパッケージの床部の上に支持されている、VCSELアレイおよび/またはPDアレイを含むものであってもよい。プリント回路ボード508には、他の電子部品および回路が集積されており、パッケージ500は、いくつかのプリント回路ボードを含むものであってもよい。光デバイス504/サブマウント506および他の構成部品がパッケージ500内にアセンブリ化された後に、パッケージ500のハウジング501の側壁上にある鼻部50により規定される開口503を介して、フィードスルー502が挿入される。光ファイバケーブル21の光ファイバ20のアレイは、フィードスルー502により支持され、光デバイスと光ファイバ20のアレイとの間で所望の光結合効率が達成されるよう、光デバイス504に対して能動的にアラインメントされる。このプロセスは、光デバイス504および付随の電子回路要素(図示せず)が、予めパッケージ500内にアセンブリ化されることを必要とする。光デバイス504は、光ファイバ20のアレイへ(から)光信号22を送受信するようにアクティブ化/エネルギー供給される。基本的には、光ファイバ20と光デバイス504との間で受け渡される信号22が最大であるときに、光ファイバ20への(からの)光信号は、光デバイス504に対して最適に結合されているといえる。その後、光学アラインメントが確立された状態で、フィードスルー502は、ハウジング501のパッケージ側壁にある鼻部50内にはんだ留めされる。
1A and 1B show a hermetically sealed
能動アラインメント工程中においては、VCSELまたはPDはエネルギー供給状態とされなくてはならないので、能動光学アラインメントは、比較的複雑かつ低スループットのプロセスであるといえる。集積回路の製造者は、サブミクロン単位のアラインメントが可能である高価な資本設備を有していることも多いが(たとえば、集積回路をテストするウェハ検査者および取扱者)、チップをパッケージする会社は、一般的には、より性能の低い機械(典型的には、単一モードのデバイスにとっては不十分である数ミクロン程度のアラインメント許容誤差)を有するものであり、手動操作を用いることも多い。 Since the VCSEL or PD must be in the energy supply state during the active alignment process, active optical alignment can be said to be a relatively complex and low throughput process. Integrated circuit manufacturers often have expensive capital equipment that allows submicron alignment (for example, wafer inspectors and handlers testing integrated circuits), but companies that package chips. Are generally those with lower performance machines (typically a few microns of alignment tolerance that are inadequate for single-mode devices) and often use manual operation. ..
現在の技術水準は、パッケージを包含するために高コストとなっており、一般的な電子機器ならびにアセンブリプロセスの利用を排除し、かつ/または単一モードの用途に適さないことが多い。密閉型のフィードスルーサブアセンブリと比較して、パッケージは、(IC等の高価な回路構成部品を含む)より高価なアセンブリである。能動アラインメントをサポートするためにはパッケージ内に構成部品を予めアセンブリ化することが必要である点、さらに、能動アラインメントおよびはんだ留めのプロセスは全体のパッケージ作製プロセスの終盤においてリスクの高い工程を包含する点に鑑みると、能動アラインメントプロセス中において誘引されたものであり得る欠陥のある構成部品のために能動アラインメントの実現が失敗した場合には、かかる失敗は、既にパッケージ内に包含されている光デバイスその他の構成部品を含めて、パッケージ全体を廃棄しなくてはならない事態に繋がり得る。 Current state of the art is costly to include the package, eliminates the use of common electronics and assembly processes, and / or is often unsuitable for single-mode applications. Compared to closed feedthrough subassemblies, packages are more expensive assemblies (including expensive circuit components such as ICs). In addition, the active alignment and soldering process involves high-risk steps at the end of the entire packaging process, in that components must be pre-assembled within the package to support active alignment. In view of this, if the realization of active alignment fails due to a defective component that may have been attracted during the active alignment process, such failure is already contained within the package of the optical device. This can lead to the need to dispose of the entire package, including other components.
加えて、VCSELおよびPD要素は、アセンブリ化の前の静的状態においてはテストされ得るが、それらの要素を駆動するための電子回路構成と共にパッケージ内にアセンブリ化されるまでは、動作状態でテストされることはできない。したがって、(シミュレーションされた負荷状態下において早期発生の構成要素欠陥を特定するための)VSCELおよびPD要素の通電テストプロセスは、それらの構成要素をパッケージ内にアセンブリ化した後にしか、行うことができない。このことは、欠陥があるが比較的高価でないVCSELおよびPD要素の結果として、アセンブリ化されているためより高価なモジュールであるパッケージのさらなる廃棄(すなわち、パッケージのより低い生産率)へと繋がる事態をもたらし得る。VCSELおよびPD要素は、アセンブリ化されたパッケージの比較的多くの件数の欠陥に、寄与していることが知られている。 In addition, VCSEL and PD elements can be tested in static state prior to assembly, but tested in operating state until assembled in a package with the electronics configuration to drive those elements. Cannot be done. Therefore, the energization test process for VCSELs and PD elements (to identify early component defects under simulated load conditions) can only be performed after those components have been assembled into the package. .. This leads to further disposal of the package, which is a more expensive module because it is assembled (ie, lower production rate of the package) as a result of defective but relatively inexpensive VCSEL and PD elements. Can bring. VCSEL and PD elements are known to contribute to a relatively large number of defects in assembled packages.
図1Bに示されるような、光デバイスとフィードスルーとの間の光学アラインメントを維持する、比較的大きく準拠性がより高い構造ループ(図1B中において点線Lで表されている)によって、アセンブリ化されたパッケージの廃棄に繋がる別の欠陥態様が生じる。この長い構造ループは、パッケージを意図された設計仕様から外れるものとしてしまう可能性のある熱的−機械的変形により敏感であり、したがって欠陥態様をもたらし得るものである。 Assembled by a relatively large and more compliant structural loop (represented by the dotted line L in FIG. 1B) that maintains the optical alignment between the optical device and the feedthrough, as shown in FIG. 1B. Another form of defect arises that leads to the disposal of the package. This long structural loop is more sensitive to thermal-mechanical deformations that can cause the package to deviate from the intended design specifications and thus can result in defective aspects.
必要とされているのは、光学アラインメントが確立された状態で光電子構成部品/光デバイスに光ファイバの入力/出力を結合するための改良された構造であって、スループット、許容誤差、製造性、使用容易性、機能性および信頼性をより低いコストで改善する構造である。 What is needed is an improved structure for coupling fiber optic inputs / outputs to optoelectronic components / devices with established optical alignments, throughput, margin of error, manufacturability, It is a structure that improves usability, functionality, and reliability at a lower cost.
本発明は、光学ベンチに対する光デバイスの光学アラインメントを容易にするための、従来技術の欠点を克服するような改良された構造を提供するものである。本発明は、サブアセンブリ内において光学ベンチに光デバイスを組み合わせ、光学ベンチに対する光デバイスの光結合のアラインメントが、光電子パッケージアセンブリの外部において行われることを可能とするものである。 The present invention provides an improved structure for facilitating optical alignment of an optical device with respect to an optical bench to overcome the shortcomings of prior art. The present invention combines an optical bench with an optical device within a subassembly, allowing the optical coupling of the optical device to be aligned to the optical bench to be aligned outside the optoelectronic package assembly.
本発明によれば、光デバイスは、その光デバイスの光入力/出力と光学ベンチの光出力/入力との光学アラインメントが確立された状態で、光学ベンチのベースに取り付けられる。 According to the present invention, the optical device is attached to the base of the optical bench with the optical alignment of the optical input / output of the optical device and the optical output / input of the optical bench established.
1つの実施形態では、光学ベンチは、光導波路(たとえば光ファイバ)の形態の光学要素を支持する。1つのより具体的な実施形態では、光学ベンチのベースは、光ファイバの端部部分を精密に支持するために、少なくとも1つの溝の形式のアラインメント構造を規定する。光学素子(たとえばレンズ、プリズム、リフレクタ、ミラー等)が、光ファイバの終端面に対して精密関係で設けられてもよい。1つのさらなる実施形態では、光学素子は構造表面を含み、その構造表面は、平面反射を行うものであってもよいし、凹面反射を行うもの(たとえば非球面鏡面)であってもよい。 In one embodiment, the optical bench supports an optical element in the form of an optical waveguide (eg, an optical fiber). In one more specific embodiment, the base of the optical bench defines an alignment structure in the form of at least one groove to precisely support the end portion of the optical fiber. Optical elements (eg, lenses, prisms, reflectors, mirrors, etc.) may be provided in a precise relationship with respect to the end surface of the optical fiber. In one further embodiment, the optical element includes a structural surface, which may be planar reflective or concave (eg, aspherical mirrored).
1つの実施形態では、光デバイスは、光学ベンチとの光学アラインメントが確立された状態で光学ベンチのベースに取付けられる、サブマウント上にマウントされてもよい。サブマウントには、回路、電気接触パッド、回路構成部品(たとえばVCSEL用のドライバやPD用のTIA)、および光デバイス12の動作と関連付けられた他の回路ならびに/もしくは構成要素が、付与されてもよい。
In one embodiment, the optical device may be mounted on a submount that is attached to the base of the optical bench with an established optical alignment with the optical bench. Submounts are provided with circuits, electrical contact pads, circuit components (eg drivers for VCSELs and TIA for PDs), and other circuits and / or components associated with the operation of the
光デバイスは、光学ベンチに対して受動的にアラインメントされ得る(たとえば、ベンチのベースに設けられたアラインメント印(図示せず)に依存して)。あるいは、光学ベンチ内の光導波路と光デバイスとの間で光信号を送ることにより、光デバイスと光学ベンチとが能動的にアラインメントされてもよい。光デバイス(たとえばVCSELおよび/またはPD)は、パッケージ内部の他の構成部品に依存せずに、光学ベンチ内に支持されている光導波路(たとえば光ファイバ)との能動アラインメントを可能とするようにアクティブ化され得る。光学アラインメントが達成された後、光デバイスのサブマウントは、光学ベンチのベースに固定的に取り付けられる。 The optical device can be passively aligned with the optical bench (eg, depending on the alignment markings (not shown) on the base of the bench). Alternatively, the optical device and the optical bench may be actively aligned by sending an optical signal between the optical waveguide and the optical device in the optical bench. Optical devices (eg VCSELs and / or PDs) so as to allow active alignment with optical waveguides (eg, fiber optics) supported within the optical bench, independent of other components inside the package. Can be activated. After the optical alignment is achieved, the submount of the optical device is fixedly attached to the base of the optical bench.
光学ベンチの精密な幾何学形状および特徴形状を形成するため、光学ベンチのベースは、好ましくは、可鍛性の材料(たとえば金属)をスタンピングすることにより形成される。光学ベンチサブアセンブリは、密閉封止されるように構成され得る。 In order to form the precise geometry and feature shape of the optical bench, the base of the optical bench is preferably formed by stamping a malleable material (eg metal). The optical bench subassembly may be configured to be hermetically sealed.
本発明の別の実施形態では、光学ベンチは、サブマウント上にマウントされた複数の光デバイス(複数のVCSELおよび/または複数のPD)のアレイと共に動作するように、多数の導波路(たとえば多数の光ファイバ)および構造反射面(たとえばミラーアレイ)を支持するように構成される。 In another embodiment of the invention, the optical bench has multiple waveguides (eg, multiple) to operate with an array of multiple optical devices (multiple VCSELs and / or multiple PDs) mounted on a submount. Optical fiber) and structural reflective surfaces (eg mirror arrays) are configured to support.
本発明は、より大きな光電子パッケージ内にアセンブリ化するのに先立って、光学素子ならびに要素および光デバイスを、予め光学ベンチサブアセンブリ内に精密にアセンブリ化するものである。サブアセンブリは、光電子パッケージの外部で、サブアセンブリレベルにおいて、通電テストを含む機能テストに供され得るので、光電子パッケージ内に取り付けられた光デバイスの早期発生欠陥に起因して発生する、より高価な光電子パッケージの廃棄を減らすことができる。 The present invention pre-assembles optics and elements and optical devices precisely within an optical bench subassembly prior to assembling into a larger optoelectronic package. Subassemblies can be subjected to functional tests, including energization tests, at the subassembly level outside the optoelectronic package, which is more expensive due to premature defects in the optoelectronic device mounted inside the optoelectronic package. It is possible to reduce the waste of optoelectronic packages.
好ましい使用態様に加え、本発明の特性および利点のより完全な理解のために、添付の図面と共に読まれる以下の詳細な説明を参照されたい。以下の図面においては、図面全体に亘り、類似の参照番号は、同様または類似の部分を指している。 For a more complete understanding of the properties and benefits of the present invention, in addition to the preferred embodiments, refer to the following detailed description read with the accompanying drawings. In the drawings below, similar reference numbers refer to similar or similar parts throughout the drawing.
以下、図面を参照しつつ、様々な実施形態を参照しながら本発明を説明する。本発明は、本発明の目的を達成するための最良の態様(ベストモード)に関して説明されているが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらの教示内容を考慮して複数のバリエーションを実現できることを理解できるであろう。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to various embodiments with reference to the drawings. Although the present invention has been described with respect to the best mode for achieving the object of the present invention, those skilled in the art will be able to provide these teachings without departing from the spirit and scope of the present invention. You can see that multiple variations can be achieved with consideration.
本発明は、光学ベンチに対する光デバイスの光学アラインメントを容易にするための、従来技術の欠点を克服するような改良された構造を提供するものである。本発明は、サブアセンブリ内において光学ベンチに光デバイスを組み合わせ、光学ベンチに対する光デバイスの光結合のアラインメントが、光電子パッケージアセンブリの外部において行われることを可能とするものである。 The present invention provides an improved structure for facilitating optical alignment of an optical device with respect to an optical bench to overcome the shortcomings of prior art. The present invention combines an optical bench with an optical device within a subassembly, allowing the optical coupling of the optical device to be aligned to the optical bench to be aligned outside the optoelectronic package assembly.
本発明によれば、光デバイスは、その光デバイスの光入力/出力と光学ベンチの光出力/入力との光学アラインメントが確立された状態で、光学ベンチのベースに取り付けられる。本発明の様々な実施形態は、本発明の譲受人であるナノプレシジョン プロダクツ インコーポレイテッドにより開発された独創的なコンセプトのいくつかを組み込んだものであり、それらの独創的なコンセプトには、光データ送信に関連する用途のための光学ベンチのサブアセンブリを含む様々な独占品が含まれ、上記譲受人に共通に譲渡された以下の特許刊行物に開示されるコンセプトが含まれる。係属中の出願に基づく優先権が、本願において主張されている。 According to the present invention, the optical device is attached to the base of the optical bench with the optical alignment of the optical input / output of the optical device and the optical output / input of the optical bench established. Various embodiments of the invention incorporate some of the original concepts developed by the assignee of the invention, NanoPrecision Products Incorporated, which include optical data. Includes various proprietary products, including subassemblies of optical benches for transmission-related applications, and includes the concepts disclosed in the following patent publications commonly assigned to the assignee. Priority based on the pending application is claimed in this application.
たとえば、米国特許出願公開第2013/0322818号明細書は、光信号をルーティングするための光結合装置であって、光データ信号をルーティングするためにスタンピング形成された構造表面を持つ光学ベンチの形態を有する、光結合装置を開示している。その光学ベンチは、構造表面が規定された金属製のベースを含み、構造表面は、入射光を曲げ、反射し、かつ/または再成形する表面形状を有する。ベースはさらにアラインメント構造を規定している。構造表面と光学要素(たとえば光ファイバ)との間の規定された経路に沿って光が伝達されることを可能とするように、このアラインメント構造は、構造表面と光学要素との精密な光学アラインメントが実現されるよう、ベース上において光学要素を精密に位置決めすることを容易にする表面特徴形状と共に構成されており、構造表面とアラインメント構造とは、可鍛性の金属材料をスタンピングして光学ベンチを形成することにより、ベース上に一体的に規定される。 For example, US Patent Application Publication No. 2013/03222818 describes an optical coupling device for routing optical signals in the form of an optical bench with a stamped structural surface for routing optical data signals. It discloses an optical coupling device having. The optical bench includes a metal base with a defined structural surface, which has a surface shape that bends, reflects, and / or reshapes incident light. The base further defines the alignment structure. This alignment structure is a precise optical alignment of the structural surface and the optical element so that light can be transmitted along a defined path between the structural surface and the optical element (eg, optical fiber). It is constructed with a surface feature shape that facilitates precise positioning of the optics on the base, and the structural surface and alignment structure are stamped with malleable metal material to provide an optical bench. Is integrally defined on the base by forming.
米国特許出願公開第2015/0355420号明細書は、光通信モジュール内で使用される光信号をルーティングするための光結合装置をさらに開示しており、とりわけ、光学ベンチの形態の光結合装置であって、入射光を曲げ、反射し、かつ/または再成形する表面形状を有する構造表面が、金属製のベース上に規定された光結合装置を開示している。ベース上にはアラインメント構造が規定されている。構造表面と光学要素(たとえば光ファイバ)との間の規定された経路に沿って光が伝達されることを可能とするように、このアラインメント構造は、構造表面と光学要素との光学アラインメントが実現されるよう、ベース上において光学要素を位置決めすることを容易にする表面特徴形状と共に構成されている。構造表面とアラインメント構造とは、ベースの可鍛性の金属材料をスタンピングすることにより、ベース上に一体的に規定される。構造表面と光学要素との間の規定された経路に沿って光が伝達されることを可能とするように、このアラインメント構造は、構造表面と光学要素との光学アラインメントが実現されるよう、ベース上において光学要素の受動アラインメントを容易にする。 U.S. Patent Application Publication No. 2015/0355420 further discloses an optical coupling device for routing optical signals used within an optical communication module, among other things, an optical coupling device in the form of an optical bench. Thus, a structural surface having a surface shape that bends, reflects, and / or reshapes incident light discloses an optical coupling device defined on a metal base. An alignment structure is defined on the base. This alignment structure provides an optical alignment between the structural surface and the optical element so that light can be transmitted along a defined path between the structural surface and the optical element (eg, optical fiber). As such, it is configured with a surface feature shape that facilitates positioning of the optics on the base. The structural surface and alignment structure are integrally defined on the base by stamping the malleable metal material of the base. To allow light to be transmitted along a defined path between the structural surface and the optics, this alignment structure is based on the optical alignment between the structural surface and the optics. Facilitates passive alignment of optics above.
特許文献1は、一体形成された光学素子を有する密閉型の光ファイバアラインメントアセンブリをさらに開示しており、とりわけ、光ファイバの端部部分を受容する複数の溝を有する金属製のフェルール部分を備えた、光学ベンチを含む密閉型の光ファイバアラインメントアセンブリであって、それら複数の溝が、フェルール部分に対する上記の端部部分の位置および配向を規定するものである密閉型の光ファイバアラインメントアセンブリを開示している。このアセンブリは、光ファイバの入力/出力を光電子モジュール内の光電子デバイスに結合するための、一体形成された光学素子を含んでいる。その光学素子は、構造反射面の形態であってもよい。光ファイバの終端は、この構造反射面に対して規定の距離に配されると共に、構造反射面とのアラインメントが取られている。構造反射面と光ファイバのアラインメント溝とは、可鍛性金属をスタンピングして、それらの特徴形状を金属ベース上に規定することにより形成され得る。 Patent Document 1 further discloses a closed optical fiber alignment assembly having an integrally formed optical element, particularly comprising a metal ferrule portion having a plurality of grooves for receiving an end portion of the optical fiber. Also disclosed is a closed fiber optic alignment assembly that includes an optical bench, wherein the plurality of grooves define the position and orientation of the above-mentioned end portion with respect to the ferrule portion. doing. The assembly includes integrally formed optics for coupling the inputs / outputs of the optical fiber to the optoelectronic devices within the optoelectronic module. The optical element may be in the form of a structural reflective surface. The ends of the optical fiber are arranged at a predetermined distance from the structural reflecting surface and are aligned with the structural reflecting surface. Structural reflective surfaces and optical fiber alignment grooves can be formed by stamping malleable metals and defining their characteristic shapes on a metal base.
米国特許第9213148号明細書は、類似の密閉型の光ファイバアラインメントアセンブリをさらに開示しているが、そのアセンブリは、一体形成された構造反射面は含んでいない。 U.S. Pat. No. 9,213,148 further discloses a similar sealed fiber optic alignment assembly, but the assembly does not include an integrally formed structural reflective surface.
米国特許第7343770号明細書は、許容誤差の小さい部品を製造するための、新規な精密スタンピングシステムを開示している。かかる独創的なスタンピングシステムは、上記で挙げた特許刊行物に開示されているデバイスを作製するため、様々なスタンピング処理中において実装することができる。これらのスタンピング処理は、最終的な全体の幾何学形状および表面特徴形状の幾何学形状(他の規定された表面特徴形状と精密なアラインメントが取られる所望の幾何学形状を有する反射表面を含む)を、厳しい(すなわち小さな)許容誤差で形成するために、バルク材料(たとえば金属ブランク)をスタンピングする処理を包含する。 U.S. Pat. No. 7,343,770 discloses a novel precision stamping system for manufacturing parts with low margins of error. Such an original stamping system can be implemented during various stamping processes to create the devices disclosed in the patent publications listed above. These stamping processes include the final overall geometry and the geometry of the surface feature shape (including reflective surfaces with the desired geometry that are precisely aligned with other defined surface feature shapes). Includes the process of stamping bulk materials (eg, metal blanks) to form with tight (ie small) tolerances.
特許文献2は、異種の金属材料の主要部分と補助部分とを有するベースを含む、複合構造をさらに開示している。主要部分および補助部分は、スタンピングにより成形される。補助部分がスタンピング形成されると、補助部分はベースとインターロックし、それと同時に補助部分上に所望の構造特徴形状(たとえば、構造反射面や、光ファイバのアラインメントのための特徴形状等)を形成する。このアプローチにより、比較的重要性の低い構造特徴形状は、比較的大きな許容誤差を維持する少ない労力により、ベースのバルク上に成形され得る一方、補助部分上に存在するより重要性の高い構造特徴形状は、より小さな許容誤差で寸法、幾何学形状および/または仕上げ状態を規定するさらなる考察をもって、より精密に成形される。補助部分は、異なる構造特徴形状をスタンピング形成するための異なる特性を伴う2つの異種の金属材料の、さらなる複合構造を含むものとされてもよい。このスタンピング形成のアプローチは、それより前の米国特許第7343770号明細書における、スタンピングに供されるバルク材料が均質材料(たとえば、コバールやアルミニウム等の、金属のストリップ)であるスタンピング形成のアプローチに対し、改良をもたらすものである。スタンピング処理は、単一の均質材料から構造特徴形状を生成する。したがって、異なる複数の特徴形状がその材料の特性を共有することとなり、その特性は、1つ以上の特徴形状にとって最適な特性ではないかもしれない。たとえば、アラインメントのための特徴形状をスタンピング形成するのに適した特性を有する材料は、光信号の損失を低減するのに最適な光反射効率を有する反射性の表面特徴形状をスタンピング形成するのに適した特性を、有していないかもしれない。 Patent Document 2 further discloses a composite structure including a base having a main portion and an auxiliary portion of a dissimilar metallic material. The main part and auxiliary part are molded by stamping. When the auxiliary part is stamped, the auxiliary part interlocks with the base and at the same time forms the desired structural feature shape on the auxiliary part (eg, structural reflective surfaces, feature shapes for fiber optic alignment, etc.). To do. With this approach, relatively less important structural features shapes can be formed on the bulk of the base with less effort to maintain relatively large tolerances, while more important structural features present on the auxiliary parts. Shapes are molded more precisely with further consideration that defines dimensions, geometry and / or finish conditions with less tolerance. The auxiliary portion may include an additional composite structure of two dissimilar metallic materials with different properties for stamping different structural feature shapes. This stamping approach follows the earlier stamping approach in U.S. Pat. No. 7,433,770, in which the bulk material used for stamping is a homogeneous material (eg, strips of metal, such as Kovar or aluminum). On the other hand, it brings improvement. The stamping process produces a structural feature shape from a single homogeneous material. Therefore, a plurality of different feature shapes share the properties of the material, and the properties may not be optimal for one or more feature shapes. For example, a material with properties suitable for stamping feature shapes for alignment can be used to stamp reflective surface feature shapes with optimal light reflection efficiency to reduce loss of optical signals. It may not have suitable properties.
米国特許第8961034号明細書は、光ファイバコネクタ内で光ファイバを支持するためのフェルールを製造する方法であって、概ねU字状の複数の長手方向開放溝を有する本体を形成するために金属ブランクをスタンピングする工程を含み、それら複数の長手方向開放溝の各々は、上記本体の表面上に設けられた長手方向の開口部を有し、各溝は、光ファイバをクランプ留めすることによりその溝内に光ファイバをしっかりと保持するようにサイズ決めされる方法を開示している。光ファイバは、追加のファイバ保持手段を要することなく、フェルールの本体内にしっかりと保持される。 US Pat. No. 8,961034 is a method of manufacturing a ferrule for supporting an optical fiber in an optical fiber connector, in which a metal is used to form a body having a plurality of substantially U-shaped open grooves in the longitudinal direction. Each of the plurality of longitudinal open grooves includes a step of stamping the blank, each of which has a longitudinal opening provided on the surface of the body, each of which is formed by clamping an optical fiber. It discloses a method of sizing to hold the optical fiber firmly in the groove. The optical fiber is firmly held within the body of the ferrule without the need for additional fiber holding means.
国際公開第2014/011283号は、光ファイバコネクタのためのフェルールであって、従来技術のフェルールおよびコネクタの多くの欠点を克服し、上記のピンなしアラインメントフェルールに対しさらなる改良を提供するフェルールを開示している。光ファイバコネクタは光ファイバフェルールを含み、複数の光ファイバからなるアレイと、別のフェルール内に保持された複数の光ファイバとのアラインメントを、スリーブを用いて実現するため、上記の光ファイバフェルールは、概ね楕円状の断面を有する。 WO 2014/011283 discloses a ferrule for fiber optic connectors that overcomes many of the shortcomings of prior art ferrules and connectors and provides further improvements to the pinless alignment ferrules described above. doing. The optical fiber connector includes an optical fiber ferrule, and the above optical fiber ferrule is used because an alignment of an array consisting of a plurality of optical fibers and a plurality of optical fibers held in another ferrule is realized by using a sleeve. , Has a generally elliptical cross section.
上記の複数の独創的なコンセプトは、参照により本明細書に組み込まれているものとし、以下において、本発明の開示を容易にするために参照される。本発明は、密閉型の光電子パッケージのための密閉型の光ファイバフィードスルーであって、一体化された光デバイスを有する光学ベンチサブアセンブリを含む光ファイバフィードスルーの、例示的な複数の実施形態との関連で開示される。 The plurality of original concepts described above are incorporated herein by reference and are referred to below for ease of disclosure of the present invention. The present invention is an exemplary embodiment of a closed fiber optic feedthrough for a closed optoelectronic package, the optical fiber feedthrough comprising an optical bench subassembly with an integrated optical device. Will be disclosed in connection with.
図2Aおよび2Bは、本発明の1つの実施形態に係る、一体化された光デバイス12を有する光学ベンチ11を含む光学ベンチサブアセンブリ10の形態の、密閉型の光ファイバフィードスルーの1つの実施形態を示している。図示の実施形態では、光デバイス12は、光学ベンチ11に取り付けられたサブマウント14上にマウントされており、その位置は、光学ベンチ11の光入力/出力とのアラインメントが確立される位置である(図2B中の光信号22参照)。
2A and 2B are one embodiment of a sealed fiber optic feedthrough in the form of an
図3Aおよび3Bは、光学ベンチサブアセンブリ10内の光学ベンチ11の構造を、より明確に示した図である。この実施形態では、光学ベンチ11は、上記で引用した本願譲受人の特許文献2に開示される密閉型のマルチファイバアラインメントサブアセンブリに類似している。光学ベンチは、図示の例では光ファイバケーブル21の複数の光ファイバ20である、1つ以上の光導波路を支持する。マルチファイバの場合には、光学ベンチ11のベース13は、光ファイバ20を支持する複数の開放溝16を規定し、光学素子(たとえばレンズ、プリズム、リフレクタ、ミラー等)を規定または支持する。図示の例では、光学素子は、それぞれが1つの光ファイバ20に対応する複数の構造反射面17の、アレイを含んでいる。この反射面は、平面反射を行うものであってもよいし、凹面反射(たとえば非球面鏡面)または凸面反射を行うように輪郭形成されたものであってもよい。図示の例では、ベース13は、ベース13の残りの部分(すなわち主要部分13’)の材料とは異種の材料からなる補助部分30を含む、複合構造を有する。補助部分30を含むベース13は、可鍛性の材料からスタンピング形成されて、本体の幾何学形状および所望の表面特徴形状が形成されている。この場合、補助部分は、構造反射面17および溝18のアレイを形成するように可鍛性の金属材料をスタンピングすることにより形作られ、一方、ベース13は、溝16その他の図示された構造を形成するように、別の可鍛性の金属材料からスタンピング形成される。特許文献2に開示されるように、補助部分17がスタンピング形成されると、補助部分17はリベットに類似の態様でベース13とインターロックし、同時に、補助部分30上に、構造反射面17のアレイと、光ファイバ20の端部部分を支持するための光ファイバアラインメント溝18とを含む、所望の構造特徴形状を、各反射面17と対応の光ファイバ20の終端面(すなわち入力/出力)とが精密な関係に維持されるように形成する。この実施形態では、補助部分17と主要部分13’とは、異種の金属材料を用いてスタンピング形成される。
3A and 3B are views showing the structure of the
開放溝16および18は、米国特許第8961034号明細書に開示される、追加の固定手段を必要とせずに(たとえばエポキシ等を使用せずに)溝内に光ファイバを固定してクランプ保持するスタンピング形成された開放溝に準拠して、構成および形成されてもよい。図示の実施形態では、構造反射面17を覆うことなくベース13をカバーするために、カバー15が付与されている。カバー15とベース13との間のキャビティ19内にある光ファイバ20の部分の周囲空間を充填するように、密閉封止用のエポキシ(たとえばガラスエポキシ)が適用され、それにより密閉封止が形成され、光学ベンチ11が密閉型フィードスルーとされる。この密閉型フィードスルーは、本発明に係る光学ベンチアセンブリ10を形成するために光学ベンチ11が同光学ベンチ11上に一体化された光デバイスを有する点を除き、図1Aの密閉型フィードスルー502と類似の機能で、光電子パッケージと共に用いることができる。類似の密閉型フィードスルー構造のさらなる工夫は、特許文献1に見出すことができる。
The
図4Aおよび4Bは、光ファイバケーブル21を除いて図3Aおよび3Bの光学ベンチ11と類似している、光学ベンチ11’の別の実施形態を示している。この実施形態では、光学ベンチ11’は、フェルール30の形態の取外し可能な接続を付与されている。光ファイバの前方遠端部分が光学ベンチ11’の内部において溝16および18により支持されるようにしつつ、フェルール30は、光学ベンチ11’から離れるように延在する光ファイバ21に代えて、光ファイバ20の短い部分の後方端部部分を支持する。フェルール30は、国際公開第2014/011283号に開示されるように、概ね楕円状の断面を有するように構成されてもよい。たとえば、類似のフェルールで終端される光ファイバケーブル(たとえばパッチケーブル)に結合するために、スリーブ(図示せず)が用いられてもよい。この実施形態では、接続している光ファイバが欠陥のあるものとなった場合には、光学ベンチ11’が永久的または固定的に取り付けられている光電子パッケージ全体を交換する必要なしに、その光ファイバを抜いて交換することができる。
4A and 4B show another embodiment of the optical bench 11'similar to the
次に、光デバイスに話を移すと、図2Aおよび2Bに図示の実施形態では、光デバイス12は、サブマウント14上にマウントされ、光デバイスアセンブリ23を形成している。サブマウント14には、回路、電気接触パッド、回路構成部品(たとえばVCSEL用のドライバやPD用のTIA)、および光デバイス12の動作と関連付けられた他の回路ならびに/もしくは構成要素が付与されてもよい。
Next, moving to the optical device, in the embodiment illustrated in FIGS. 2A and 2B, the
図6Aから6Cは、密閉型の光電子パッケージの組立手順を示している。図6Aは、光デバイス(送信デバイスまたは受信デバイスまたはトランシーバ)アセンブリの組立てを説明しており、図6Bは、光デバイスアセンブリの光学ベンチへのアセンブリ化および能動アラインメントを説明しており、図6Cは、密閉型の光電子パッケージの組立てを説明している。 6A to 6C show the procedure for assembling the sealed optoelectronic package. FIG. 6A illustrates the assembly of an optical device (transmitting or receiving device or transceiver) assembly, FIG. 6B illustrates the assembly and active alignment of the optical device assembly to an optical bench, FIG. 6C. , Explains the assembly of a sealed optoelectronic package.
図6Aを参照すると、光デバイス12がVCSEL等の送信デバイスである場合には、光デバイス12は、ドライバチップと共にサブマウント14上にマウントされる。VCSELは、サブマウント14上の回路にワイヤボンディングされてもよい。組立後においてVCSELが光信号を送信するように動作可能かを確かめるために、テストが行われてもよい。光デバイス12がPD等の受信デバイスである場合には、光デバイス12は、TIAチップと共にサブマウント14上にマウントされる。PDは、サブマウント14上の回路にワイヤボンディングされてもよい。組立後においてPDが光信号を受信して電気信号を出力するように動作可能かを確かめるために、テストが行われてもよい。トランシーバの場合には、上記の手順が組み合わされて、個別の受信機能および送信機能がテストされてもよい。光デバイス12は、サブマウント14上にマウントされた複数の受信デバイス、送信デバイスおよび/またはトランシーバを含んでいてもよい。
Referring to FIG. 6A, when the
図6Bを参照すると、光デバイスアセンブリのサブマウント14は、光デバイス12と光学ベンチ11との間で光学アラインメントが確立される位置、すなわち、光デバイス12の入力/出力が光学ベンチ11の出力/入力に対して光学アラインメントされ、光路22が光デバイス12と光ファイバ20との間で所望の光結合効率を実現するような位置において、光学ベンチ11のベース13の対向表面に取り付けられる。図2Bに図示の実施形態では、光路22は、光ファイバ20の入力/出力端面と、対応の光デバイス12の出力/入力との間の光路であり、反射面17(たとえば非球面鏡面)により曲げられかつ再成形されている。図示の実施形態において、より具体的には、光路は、ベース13の平面から外れる方向に延びていて、この方向はベース13の平面に対して概ね垂直である。図2Bに示されるように、サブマウント14の平面は、ベース13の平面に対して平行である。サブマウント14とベース13との間に光デバイス12を収容する空間を設けるために、サブマウント14とベース13の対向表面との間のスペーサとして、フレーム32が付与されている。図示の実施形態では、4本の光ファイバ20のアレイに対応する、4つの反射表面17のアレイが存在する。
Referring to FIG. 6B, the
光デバイス12は、光学ベンチ11に対して受動的にアラインメントされ得る(たとえば、ベンチ11のベースに設けられたアラインメント印(図示せず)に依存して)。あるいは、光学ベンチ11内の光導波路(すなわち光ファイバ20)と光デバイス12との間で光信号を送り、光路内の光信号の強さを計測して、光学アラインメントが確立された状態を示す光結合を特定することにより、光デバイス12と光学ベンチ11とが能動的にアラインメントされてもよい。光デバイス12(たとえばVCSELおよび/またはPD)は、光学ベンチサブアセンブリ10の取付先である光電子パッケージ内部の他の構成部品に依存する必要なしに、光学ベンチ11内に支持されている光ファイバとの能動アラインメントを可能とするように、アクティブ化され得る。たとえば、光デバイス12が送信デバイス(たとえばVCSEL)である場合には、光デバイス12は、反射面17に対して、対応の光ファイバ20の終端面に方向転換されるように光を発するべく、エネルギー供給され得る。送信デバイスと光学ベンチ11との間の光結合を特定するために、反射面17を介して対応の光ファイバを通過するように伝搬された光信号の強さが計測される。光デバイス12が受信デバイス(たとえばPD)である場合には、光信号が、光ファイバを通じて供給され、反射面により対応の受信デバイスへと反射させられる。光ファイバと受信デバイスとの間の光結合の度合いは、受信デバイスの電気出力(受信された光信号の強さに対応する)から特定することができ、それによりアラインメント状態が識別される。能動アラインメントプロセスは、アラインメント点に対して光結合効率が特定される間、サブマウント14の平面内において、光デバイス12を反射面17に対して相対的に動かす手順を含む。能動アラインメントを行うための電気接続を容易にするために、サブマウントのベース13とは反対側の表面上に、導電パッドが付与される。
The
所望の光学アラインメントが実現されると、光デバイス12のサブマウント14は、たとえばレーザ溶接、はんだ留めまたはエポキシによって、光学ベンチのベースに固定的に取り付けられる。
Once the desired optical alignment is achieved, the
光学ベンチサブアセンブリ10の組立後、光学ベンチサブアセンブリ10は、早期発生欠陥を排除するために通電テストに供されてもよく、さらに機能テストが行われてもよい。
After assembling the
一体化された光デバイス12を含む光学ベンチサブアセンブリ10の上記の実施形態は、一体化された光デバイス12を伴う密閉型のフィードスルーである。
The above embodiment of the
図6Cを参照すると、図2Bに示されているように、光学ベンチサブアセンブリ10の組立てが完了された後、光学ベンチサブアセンブリ10は、(たとえばはんだ留めによって)光電子パッケージ500’に密閉態様で取り付けられる。光電子パッケージ500’は、光デバイス12が、光学ベンチ11に対して光学アラインメントが確立された状態で光学ベンチサブアセンブリ10に一体化されている点を除き、図1Aのパッケージ500に類似したものであってよい。光電子パッケージ500’には、様々な構成部品(たとえば、IC、チップ、サブマウント、回路ボード等)が集積されている。密閉型フィードスルーとしての光学ベンチサブアセンブリ10が、パッケージ500’のハウジング501’の側壁において、鼻部50の開口を通じて挿入され、(たとえばはんだ留めによって)密閉封止される。図1Bの状況と比較して、パッケージ500’に対するこのフィードスルーの位置は、そこまで重要ではない。なぜなら、パッケージ500’内においては、フィードスルーと外部の光デバイスとの間で光学アラインメントが必要とされないからである。図2Bに示されるように、サブマウント14の反対側にある光デバイス12に接続するために、サブマウント14の基板を貫通するビアホール36が付与された状態で、パッケージ500’内において、サブマウント14は、プリント回路ボード39(可撓性のプリント回路ボードであってもよい)にはんだ結合されてもよい。マイクロはんだボール接点を伴うボールグリッドアレイ(BGA)が、サブマウント14上に構成されてもよい。他の電気接続部は、図5の実施形態における光学ベンチサブアセンブリ10’を包含していてもよく、その図5の実施形態における光学ベンチサブアセンブリ10’では、サブマウント14’の側面に付与された巻付け型のトレース38が、ワイヤボンディングまたは可撓性の回路接続要素37によって、パッケージ500’内において回路ボード(図示せず)に電気的に接続される。あるいは、パッケージ500’内においてサブマウントとプリント回路ボードとの間の電気接続部を実現するために、ばねピン(図示せず)が構成されてもよい。これらの電気接続部は、熱膨張/収縮に起因するエラー運動および応力を吸収し、光学ベンチサブアセンブリの光学ベンチの基板上に一体化された光デバイス間の光学アラインメントに、影響を与えない。
Referring to FIG. 6C, as shown in FIG. 2B, after the assembly of the
図7は、密閉型の光電子パッケージ500’に取り付けられた状態における、密閉型フィードスルー/光学ベンチアセンブリ10を示している。その他の電子および回路構成要素は、図7からは除外されている。密閉型の光電子パッケージ500’の密閉カバーも、図からは除外されている。
FIG. 7 shows a sealed feedthrough /
光学ベンチサブアセンブリ10を密閉型の光電子パッケージ500’にアセンブリ化した後、パッケージ500’は、早期発生欠陥を排除するために通電テストに供されてもよく、さらに機能テストが行われてもよい。
After assembling the
本発明は、光学ベンチサブアセンブリをより大きな光電子パッケージ内にアセンブリ化するのに先立って、光学素子ならびに要素および光デバイスを、予め光学ベンチサブアセンブリ内に精密にアセンブリ化するものであるため、光学ベンチサブアセンブリは、光電子パッケージの外部で、サブアセンブリレベルにおいて、通電テストを含む機能テストに供され得る。したがって、パッケージ内部に取り付けられた光デバイスの早期発生欠陥に起因して発生する、より高価なパッケージ(IC等の高価な回路構成部品を含む)の廃棄を減らすことができる。光学ベンチサブアセンブリのための能動的なアラインメントプロセスは、ずっと容易である。さらに、光学ベンチと光デバイスとの間には、ずっと小さく、よりロバスト性の高い、構造ループが存在する。したがって、本発明によれば、密閉型フィードスルーを包含している光電子パッケージについて、全体として、より高い生産率、より高い信頼性およびより低い製造コストを実現することができる。 Optics because the present invention pre-assembles optics and elements and optical devices into an optical bench subassembly prior to assembling the optical bench subassembly into a larger optoelectronic package. Bench subassemblies can be subjected to functional tests, including energization tests, at the subassembly level, outside the optoelectronic package. Therefore, it is possible to reduce the disposal of more expensive packages (including expensive circuit components such as ICs) caused by early generation defects of the optical device mounted inside the package. The active alignment process for optical bench subassemblies is much easier. In addition, there is a much smaller, more robust, structural loop between the optical bench and the optical device. Therefore, according to the present invention, higher production rates, higher reliability and lower manufacturing costs can be achieved as a whole for optoelectronic packages that include sealed feedthroughs.
以上、好ましい実施形態を参照して、本発明を具体的に示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神、範囲および教示内容から逸脱することなく、形態および詳細に関し様々な変更が可能であることを理解できるであろう。したがって、ここに開示された発明は単に説明目的のものと捉えられるべきであり、添付の請求項で規定されるとおりにのみ、範囲が限定されるべきである。
他の実施形態
1.光信号をルーティングするための光学ベンチサブアセンブリにおいて、
光学ベンチであって、
ベース、
前記ベース上に規定された構造表面であって、入射光を再成形して曲げる表面形状を有する構造表面、
光学要素、ならびに
前記ベース上に規定されたアラインメント構造であって、該アラインメント構造は、前記構造表面と前記光学要素との間の規定された光路に沿って光信号が伝達されるように、前記ベース上において前記光学要素を前記構造表面と光学アラインメントが確立された状態に配置するための、表面特徴形状と共に構成されており、前記光路は、前記構造表面から前記ベースの外部へと延在するものである、アラインメント構造、
を含む光学ベンチ、および
光デバイスを含む光デバイスアセンブリであって、該光デバイスアセンブリは、前記光デバイスが前記光路に沿って前記構造表面に対して光学アラインメントが確立された状態となるように、前記ベースに取り付けられている、光デバイスアセンブリ、
を含むことを特徴とする光学ベンチサブアセンブリ。
2.前記光学要素が光導波路を含むことを特徴とする、実施形態1記載の光学ベンチサブアセンブリ。
3.前記光導波路が、複数の光ファイバのアレイを含み、前記構造表面が、複数の構造反射面のアレイを含むことを特徴とする、実施形態2記載の光学ベンチサブアセンブリ。
4.前記複数の光ファイバの前記アレイの一部分の周囲空間を密閉封止するように、前記ベースに密閉態様で取り付けられたカバーであって、該カバーは、前記構造表面を覆うようには延在せず、それにより、密閉型フィードスルーを提供するカバーを、さらに含むことを特徴とする実施形態3記載の光学ベンチサブアセンブリ。
5.前記光デバイスアセンブリは、前記光デバイスがマウントされるサブマウントを含み、該サブマウントは、前記光デバイスが前記構造表面に対して光学アラインメントが確立された状態となるように、前記光学ベンチの前記ベースに取り付けられるものであることを特徴とする、実施形態4記載の光学ベンチサブアセンブリ。
6.前記光デバイスが、送信デバイス、受信デバイスまたはトランシーバを含むことを特徴とする、実施形態5記載の光学ベンチサブアセンブリ。
7.前記光デバイスが、前記構造表面に対して受動的にアラインメントされていることを特徴とする、実施形態6記載の光学ベンチサブアセンブリ。
8.前記光デバイスが、前記構造表面に対して能動的にアラインメントされていることを特徴とする、実施形態6記載の光学ベンチサブアセンブリ。
9.前記構造表面および前記アラインメント構造が、前記ベースの可鍛性材料にスタンピングを施すことにより、前記ベース上に一体的に規定されていることを特徴とする、実施形態1記載の光学ベンチサブアセンブリ。
10.前記ベースが、
第1の構造特徴形状を規定した、第1の材料の主要部分、および
前記第1の材料とは異種の第2の材料の上に、第2の構造特徴形状を規定した、前記第2の材料の補助部分、
を含み、
前記補助部分は、前記ベースに構造的に結合されて、それにより、前記第1の構造特徴形状が規定された前記第1の材料の前記主要部分と、前記第2の構造特徴形状が規定された前記第2の材料の前記補助部分とを含む、複合構造が形成されており、前記第1の構造特徴形状および前記第2の構造特徴形状は、光信号をルーティングするための前記光路を規定することを特徴とする、実施形態9記載の光学ベンチサブアセンブリ。
11.ハウジング、
前記ハウジング内部に集積された電子部品、および
前記ハウジングに密閉態様で取り付けられた、実施形態4記載の光学ベンチサブアセンブリ、
を含むことを特徴とする密閉型光電子パッケージ。
12.前記光学ベンチサブアセンブリが、前記ハウジングに密閉封止される前に、機能テストに供されていることを特徴とする、実施形態11記載の密閉型光電子パッケージ。
13.光信号をルーティングするための光学ベンチサブアセンブリを組み立てる方法において、
光学ベンチであって、
ベース、
前記ベース上に規定された構造表面であって、入射光を再成形して曲げる表面形状を有する構造表面、
光学要素、ならびに
前記ベース上に規定されたアラインメント構造であって、該アラインメント構造は、前記構造表面と前記光学要素との間の規定された光路に沿って光信号が伝達されるように、前記ベース上において前記光学要素を前記構造表面と光学アラインメントが確立された状態に配置するための、表面特徴形状と共に構成されており、前記光路は、前記構造表面から前記ベースの外部へと延在するものである、アラインメント構造、
を含む光学ベンチを提供する工程、
光デバイスを含む光デバイスアセンブリを提供する工程、
前記光路に沿って、前記光デバイスを前記構造表面に対して光学的にアラインメントする工程、および
光学的アラインメントが確立された後に、前記光デバイスアセンブリを前記ベースに取り付ける工程、
を含むことを特徴とする方法。
14.前記光学要素は、複数の光ファイバのアレイを含み、前記構造表面は、複数の構造反射面のアレイを含み、当該方法は、前記複数の光ファイバの前記アレイの一部分の周囲空間を密閉封止するように、前記ベースに密閉態様で取り付けられるカバーを提供する工程をさらに含み、前記カバーは、前記構造表面を覆うようには延在せず、それにより、密閉型フィードスルーを提供することを特徴とする、実施形態13記載の方法。
15.前記光デバイスアセンブリは、前記光デバイスがマウントされるサブマウントを含み、該サブマウントは、前記光デバイスが前記構造表面に対して光学アラインメントが確立された状態となるように、前記光学ベンチの前記ベースに取り付けられることを特徴とする、実施形態14記載の方法。
16.前記光デバイスが、送信デバイス、受信デバイスまたはトランシーバを含むことを特徴とする、実施形態15記載の方法。
17.前記光デバイスが、前記構造表面に対して能動的に光学アラインメントされることを特徴とする、実施形態16記載の方法。
18.前記光学ベンチアセンブリが、サブアセンブリレベルにおいて機能テストされ、該機能テストが通電テストを含むことを特徴とする、実施形態17記載の方法。
19.密閉型光電子パッケージを形成する方法において、
ハウジングを提供する工程、
前記ハウジング内部に電子部品を集積する工程、および
実施形態14記載の方法により組み立てられた前記光学ベンチサブアセンブリを、前記ハウジングに密閉態様で取り付ける工程、
を含むことを特徴とする方法。
20.前記光学ベンチサブアセンブリが、前記ハウジングに密閉封止される前に、通電テストを含む機能テストに供されることを特徴とする、実施形態19記載の方法。
Although the present invention has been specifically shown and described above with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will make various changes regarding the embodiments and details without departing from the spirit, scope and teaching contents of the present invention. You will understand that is possible. Therefore, the inventions disclosed herein should be considered merely for explanatory purposes and should be limited in scope only as specified in the appended claims.
Other embodiments
1. 1. In an optical bench subassembly for routing optical signals
It ’s an optical bench,
base,
A structural surface defined on the base, which has a surface shape that reshapes and bends incident light.
Optical elements, as well
An alignment structure defined on the base, wherein the alignment structure is said on the base such that an optical signal is transmitted along a defined optical path between the structural surface and the optical element. It is configured with a surface feature shape for arranging the optical element in a state where the structural surface and the optical alignment are established, and the optical path extends from the structural surface to the outside of the base. Alignment structure,
Optical bench, including, and
An optical device assembly that includes an optical device that is attached to the base such that the optical device is in a state of establishing optical alignment with respect to the structural surface along the optical path. Optical device assembly,
An optical bench subassembly characterized by including.
2. The optical bench subassembly according to the first embodiment, wherein the optical element includes an optical waveguide.
3. 3. The optical bench subassembly according to the second embodiment, wherein the optical waveguide includes an array of a plurality of optical fibers, and the structural surface includes an array of a plurality of structural reflecting surfaces.
4. A cover attached to the base in a hermetically sealed manner so as to hermetically seal the perimeter of a portion of the array of the plurality of optical fibers, the cover extending so as to cover the structural surface. The optical bench subassembly according to embodiment 3, wherein the optical bench subassembly further comprises a cover thereby providing a closed feedthrough.
5. The optical device assembly includes a submount on which the optical device is mounted, the submount of the optical bench such that the optical device is in a state in which optical alignment is established with respect to the structural surface. The optical bench subassembly according to
6. The optical bench subassembly according to embodiment 5, wherein the optical device includes a transmitting device, a receiving device, or a transceiver.
7. The optical bench subassembly according to embodiment 6, wherein the optical device is passively aligned with the structural surface.
8. The optical bench subassembly according to embodiment 6, wherein the optical device is actively aligned with the structural surface.
9. The optical bench subassembly according to embodiment 1, wherein the structural surface and the alignment structure are integrally defined on the base by stamping the malleable material of the base.
10. The base is
The main part of the first material, which defines the first structural feature shape, and
An auxiliary portion of the second material, which defines a second structural feature shape on a second material different from the first material.
Including
The auxiliary portion is structurally coupled to the base, thereby defining the main portion of the first material in which the first structural feature shape is defined and the second structural feature shape. A composite structure is formed including the auxiliary portion of the second material, and the first structural feature shape and the second structural feature shape define the optical path for routing an optical signal. 9. The optical bench subassembly according to embodiment 9.
11. housing,
Electronic components integrated inside the housing, and
The optical bench subassembly according to
A sealed optoelectronic package characterized by containing.
12. The sealed optoelectronic package according to
13. In how to assemble an optical bench subassembly for routing optical signals
It ’s an optical bench,
base,
A structural surface defined on the base, which has a surface shape that reshapes and bends incident light.
Optical elements, as well
An alignment structure defined on the base, wherein the alignment structure is said on the base such that an optical signal is transmitted along a defined optical path between the structural surface and the optical element. It is configured with a surface feature shape for arranging the optical element in a state where the structural surface and the optical alignment are established, and the optical path extends from the structural surface to the outside of the base. Alignment structure,
The process of providing an optical bench, including
The process of providing an optical device assembly, including an optical device,
A step of optically aligning the optical device with respect to the structural surface along the optical path, and
The process of attaching the optical device assembly to the base after the optical alignment has been established,
A method characterized by including.
14. The optical element comprises an array of a plurality of optical fibers, the structural surface comprises an array of a plurality of structural reflective surfaces, and the method hermetically seals the perimeter of a portion of the array of the plurality of optical fibers. As such, it further comprises the step of providing a cover that is attached to the base in a hermetically sealed manner, wherein the cover does not extend to cover the structural surface, thereby providing a hermetically sealed feedthrough. The method according to the thirteenth embodiment.
15. The optical device assembly includes a submount on which the optical device is mounted, the submount of the optical bench such that the optical device is in a state in which optical alignment is established with respect to the structural surface. 14. The method of
16. 15. The method of
17. 16. The method of
18. 17. The method of
19. In the method of forming a sealed optoelectronic package,
The process of providing the housing,
The process of integrating electronic components inside the housing, and
The step of attaching the optical bench subassembly assembled by the method according to the fourteenth embodiment to the housing in a closed manner.
A method characterized by including.
20. 19. The method of
10,10’ 光学ベンチサブアセンブリ
11,11’ 光学ベンチ
12 光デバイス
13 ベース
14,14’ サブマウント
15 カバー
16 開放溝
17 構造反射面
18 溝
19 キャビティ
20 光ファイバ
21 光ファイバケーブル
22 光信号
23 光デバイスアセンブリ
32 フレーム
36 ビアホール
39 プリント回路ボード
50 鼻部
500,500’ 光電子パッケージ
501,501’ ハウジング
502 フィードスルー
10,
Claims (13)
光学ベンチであって、
ベース、
前記ベースの表面上に規定された少なくとも1つの構造反射面であって、入射光を再成形して曲げる表面形状を有する構造反射面、
少なくとも1つの光ファイバ、
前記ベースの表面上に規定された少なくとも1つの光ファイバアラインメント溝であって、該アラインメント溝は、前記構造反射面と前記光ファイバとの間の規定された光路に沿って光信号が伝達されるように、前記ベース上において前記光ファイバを前記構造反射面と光学アラインメントが確立された状態に配置するように構成されており、前記光路は、前記構造反射面から前記ベースの外部へと延在するものである、アラインメント溝、ならびに
前記光ファイバの一部分の周囲空間を密閉封止するように、前記光ファイバアラインメント溝によって側面で前記ベースに取り付けられたカバーであって、該カバーは、前記構造反射面を覆うようには延在せず、それにより、密閉型フィードスルーを提供する、カバー
を含む光学ベンチ、および
サブマウントおよびその上にマウントされた光デバイスを含む光デバイスアセンブリであって、該サブマウントは、前記光デバイスが前記構造反射面に面しかつ前記光路に沿って前記構造反射面に対して光学アラインメントが確立された状態となるように、前記光学ベンチの前記ベースに取り付けられ、前記サブマウントは外部回路にマウントするための電気接触を含み、かつ、前記光デバイスが前記構造反射面に対して光学アラインメントが確立された状態となるように前記光学ベンチの前記ベースに取り付けられている前記サブマウントが前記回路にマウントされることができる、光デバイスアセンブリ、
を含むことを特徴とする光学ベンチサブアセンブリ。 In an optical bench subassembly for routing optical signals
It ’s an optical bench,
base,
A structural reflective surface that is at least one structural reflective surface defined on the surface of the base and has a surface shape that reshapes and bends incident light.
At least one optical fiber,
At least one optical fiber alignment groove defined on the surface of the base, the alignment groove transmitting an optical signal along a defined optical path between the structural reflective surface and the optical fiber. As described above, the optical fiber is configured to be arranged on the base in a state where the structural reflection surface and the optical alignment are established, and the optical path extends from the structural reflection surface to the outside of the base. A cover attached to the base on the side by the optical fiber alignment groove so as to hermetically seal the alignment groove and the surrounding space of a part of the optical fiber, wherein the cover has the structure. An optical bench that includes a cover and an optical device assembly that includes a submount and an optical device mounted on it that does not extend over the reflective surface, thereby providing a sealed feedthrough. The submount is attached to the base of the optical bench such that the optical device faces the structural reflective surface and the optical alignment is established with respect to the structural reflective surface along the optical path. , the submount includes an electrical contact for mounting to an external circuit, and, prior Symbol light device taken on the base of the optical bench so that the state of the optical alignment is established with respect to the structure reflecting surface An optical device assembly, wherein the attached submount can be mounted on the circuit.
An optical bench subassembly characterized by including.
前記ハウジング内部に集積された電子部品および回路、および
前記ハウジングの前記開口に密閉態様で取り付けられた、前記光学ベンチサブアセンブリ内で前記光学ベンチの前記構造反射面が前記光デバイスアセンブリに対して光学アラインメントされる、前記光学ベンチサブアセンブリの前記光学ベンチであって、前記サブマウントが前記電気接触を介して前記回路にマウントされる、光学ベンチ、
を含むことを特徴とする密閉型光電子パッケージ。 A housing having an opening sized to receive the optical bench of the optical bench subassembly according to any one of claims 1 to 4 through the opening.
Electronic components and circuits integrated within the housing, and the structural reflective surface of the optical bench within the optical bench subassembly mounted in a hermetically sealed manner in the opening of the housing, optics with respect to the optical device assembly. An optical bench, which is the optical bench of the optical bench subassembly to be aligned, wherein the submount is mounted on the circuit via the electrical contact.
A sealed optoelectronic package characterized by containing.
光学ベンチであって、
ベース、
前記ベースの表面上に規定された少なくとも1つの構造反射面であって、入射光を再成形して曲げる表面形状を有する構造反射面、
少なくとも1つの光ファイバ、
前記ベースの表面上に規定された少なくとも1つの光ファイバアラインメント溝であって、該アラインメント溝は、前記構造反射面と前記光ファイバとの間の規定された光路に沿って光信号が伝達されるように、前記ベース上において前記光ファイバを前記構造反射面と光学アラインメントが確立された状態に配置するための、表面特徴形状と共に構成されており、前記光路は、前記構造反射面から前記ベースの外部へと延在するものである、アラインメント溝、ならびに
前記光ファイバの一部分の周囲空間を密閉封止するように、前記光ファイバアラインメント溝によって側面で前記ベースに取り付けられたカバーであって、該カバーは、前記構造反射面を覆うようには延在せず、それにより、密閉型フィードスルーを提供する、カバー
を含む光学ベンチを提供する工程、
サブマウントおよびその上にマウントされた光デバイスを含む光デバイスアセンブリを提供する工程であって、前記サブマウントが外部回路にマウントするための電気接触を含む、工程、
前記光路に沿って、前記光デバイスを前記構造反射面に対して光学的にアラインメントする工程、および
前記回路にマウントする前に前記光学ベンチの前記構造反射面と前記光デバイスとの間の光学的アラインメントが確立された後に、前記光デバイスアセンブリの前記サブマウントを前記光学ベンチの前記ベースに取り付ける工程、
を含むことを特徴とする方法。 In how to assemble an optical bench subassembly for routing optical signals
It ’s an optical bench,
base,
A structural reflective surface that is at least one structural reflective surface defined on the surface of the base and has a surface shape that reshapes and bends incident light.
At least one optical fiber,
At least one optical fiber alignment groove defined on the surface of the base, the alignment groove transmitting an optical signal along a defined optical path between the structural reflective surface and the optical fiber. As described above, the optical fiber is configured together with the surface characteristic shape for arranging the optical fiber on the base in a state where the structural reflection surface and the optical alignment are established, and the optical path is formed from the structural reflection surface to the base. A cover attached to the base on the side by the optical fiber alignment groove so as to hermetically seal the alignment groove and the surrounding space of a part of the optical fiber, which extends to the outside. A step of providing an optical bench that includes a cover, wherein the cover does not extend to cover the structural reflective surface, thereby providing a closed feedthrough.
A process of providing an optical device assembly comprising a submount and an optical device mounted on it, wherein the submount comprises electrical contact for mounting on an external circuit.
The step of optically aligning the optical device with respect to the structural reflective surface along the optical path, and optically between the structural reflective surface of the optical bench and the optical device prior to mounting on the circuit. The step of attaching the submount of the optical device assembly to the base of the optical bench after the alignment has been established.
A method characterized by including.
開口を介して請求項7〜11のいずれか一項記載の光学ベンチサブアセンブリの光学ベンチを受容するようサイズ決めされた開口を有するハウジングを提供する工程、
前記ハウジング内部に電子部品および回路を集積する工程、および
前記光学ベンチが前記光学ベンチサブアセンブリ中で前記光デバイスアセンブリに対して光学アラインメントされた後に、前記光学ベンチサブアセンブリの前記光学ベンチを、前記ハウジングの前記開口に密閉態様で取り付ける工程、
を含むことを特徴とする方法。 In the method of forming a sealed optoelectronic package,
The step of providing a housing having an opening sized to receive the optical bench of the optical bench subassembly according to any one of claims 7 to 11 through the opening.
After the process of integrating electronic components and circuits within the housing and the optical bench being optically aligned with respect to the optical device assembly in the optical bench subassembly, the optical bench of the optical bench subassembly is The process of attaching to the opening of the housing in a closed manner,
A method characterized by including.
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