TW437102B - Optical module - Google Patents

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經漓部中央標隼局負Μ消t合作社印製 [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於半導體發光元件或半導體受光元件與 透鏡藉樹脂框架調芯保持的光學模组，更詳細的敘述的話 ’係有關於藉樹脂框架本體部與—體成形的爪狀突起與透 鏡落座面構成的透鏡目，作成減涵定透鏡那樣的 光學模組。 [以往的技術] 光學模組係光半導體元件（譬如半導體激光器等的半 導體發光元件或光電二極管等的半導體受光元件）與透鏡 調芯保持的零件’使用在光通信等的領域。譬如，施行數 據通信的電子計算機系統係半導體發光元件的模組與半導 體受光元件的漁在板上成對設置著。像這樣的光學模組 係保持光半導體元#、透鏡與上述光半導體元件或透鏡， 同時將連接對象的光學插頭之㈣嵌合㈣的框架所構成 的，而在連接光學插頭時，變成光半導體元件與套圈的光 學纖維通過透鏡光學性的結合之構造。框㈣—般在保持 光半導體元件或透鏡的夹持部與嵌合保持光學插頭的套圈 的插座部作為另外構件製作·，採用將兩者調芯固定的構造 0 作為納入於光學模組的透鏡一般係球面透鏡或折射率 分布型棒形透鏡。當然，也有使用那個以外各種形狀的透 鏡。該等其中球面透鏡由於只藉機械加工能夠容易的製造 高精度的製品’價格較廉，又由於透鏡完全没有方向性， 透鏡實裝時不需要調整方位，有所謂安裝容易的優點’使 本紙乐尺度賴巾酬$縣（CNS) A4^ (21()><297公楚 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) -袈------11— -4 4371 〇2

用的恨多。作為將透鏡目定於夾持部时法係在夾持部之 凹部（透鏡安裝部）將透鏡落人定位後，塗布樹絲合劑於 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該透鏡的關絲硬化之接¥法，或紐魏外徑大少許 的低融點玻璃環成形體插人於透鏡的外周並加熱溶融的炼 敷法等g採用著。 [發明要I決的課題] 接著法係由於在狹窄領域將液狀的推>脂黏合劑有必要 灌入，在熱硬化前的處理有困難。又通常，夾持部雖由金 屬材料構成，依與其夾持部的熱膨脹係數差，有發生透鏡 結合面熱裂痕之虞。 經濟部中央標準局E工消赘合作社印製 另一方面，玻璃熔敷法有在高溫高濕放置時失透（白 4)或黏結強度的降也、成本增加的問題。使用於炼敷法 的低融點玻璃環成形體係將低融點玻璃的粉末壓粉成形者 ，在一定的位置落入時微細的破片或末會飛散，致產生附 著於透鏡表面的情事。為將务故#結，—就照原樣施行，熱 ;谷融處理’藉附著的玻璃破片或粉末會炫融，或低融點玻 璃本身的轉移等’在透鏡表面形成局部性的低融點玻璃的 被覆膜。可是低融點玻璃特別是對濕氣較弱，隨著時間的 經過’失透發生愈多，藉那樣的失透部份產生光量會降低 。再者因濕氣，由於在玻璃積存的表面有微細的裂缝變脆 ’透鏡的黏結強度會降低，更嚴重時，有發生透鏡脫落之 虞。要解除像這樣的問題必要有其他的防濕對策以外，低 融點破璃環成形體係以局價相結合，無論如何也會變成增 加成本了。 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X2W公釐） 經漭部中央標準局月工消费合作社印¾, 4371 02 Ά7 ---------B7 -- 五、發明説明（3 ) 一 本發明之目的係提供一種不需使用樹脂黏合劑或炫敷 玻璃，將透鏡邊迅速且容易的固定於框架，而且有優越的 耐候性、高信賴性並可廉價的製作光學模組。 [為解決課題的手段] 本發明係具備有光半導體元件、透鏡、及保持該等構 件之樹脂框架之—種光學模乡且。再者本發明係具備有光半 導體70件、透鏡及保持該等構件之同時將連接肖象的光學 插頭之套圈嵌合保持的樹脂框架，在光插頭連接時上述光 半導體70件與套圈的光學纖維藉上述透鏡光學性結合構造 之一種光學模組。該等構件其中，面對於光半導體元件的 透鏡固定部係以光抽作為中心轴，而於其周圍，先端部面 向光半導體元件突出且具有伸出於内周側的爪狀突起，同 時在該爪狀突起的基部側構成沒有透鏡落座面的構造，其 等係與樹脂框架本體部份一體成形，可於將透鏡壓入爪狀 突起内之狀態下，以上述透鏡落座面與爪狀突起的反作用 • 力抱持並固定透鏡的構成，此點有特徵的。 [發明之實施的形態] 本發明其中在樹脂框架内部一體形成的爪狀突起，雖 係藉使用的樹脂（使用靭性高的樹脂時）遍及全周連續之筒 狀構造（沒有分割）也可’但一般係在圓周方向均等的分成 3〜5塊構造的一方較為理想。 本發明其中納入之透鏡的形狀雖沒人提起，但上述那 樣的特別是球面透鏡由於廉價又沒有方向性，壓入時的方 便較為理想。使用球面透鏡時，透鏡落座面係作為與球面 - 本纸张尺度適用中®国準（CN+S ) A4规格（210/^9^公釐) '' — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾.

-1T 4371 02 A7 -A7 _— -- ____B7 五、發明説明（4 ) 透鏡具有同樣半徑的球面之一部份那樣的凹面β使用折射 率分布棒行透鏡作為透鏡時，進鏡落座面係相對於棒形透 鏡端面’直徑係以同樣孔徑，那麼說，端面係平面的凹部 就可。該情形’為容易將棒形透鏡壓入爪狀突起的内部， 在端面施行適當的剝去稜角較佳。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 樹脂框架的材料係容易在入透鏡，同時為提高保持透 鏡的信賴性，高靭性的材質較為理想，再者將與光學纖維 套圈之嵌合部以攝氏-20〜+75度程度的溫度範圍在5/1〇〇〇 公厘程度的公差，由於有必要抑制，希望線膨脹係數小的 (具體上係2 X 1 〇'5/攝氏程度）材質。可是，依使用溫度條 件等，線膨脹係數如係7 X I 〇*5/攝氏程度的樹脂有可能使 用。該可能使用的樹脂係稱作工程塑料範圍内者，譬如有 液晶聚合物（LCP)、聚乙醚甲酮（PEEK)、聚乙醚亞胺、聚 苯基硫（PPS)、聚對苯二甲酸丁二醇酯（pBT)、聚亞苯基醚 (PPE)、聚碳酸酯（pc)、聚酰胺等’線膨脹係數過大時， 將玻璃填料或玻璃珠等適量的混入有效。破璃珠係作成平 均顆粒直徑在30微朱程度以下較為理想。該情形，雖顆粒 直徑小的一方較為理想’但成本變高。特別是，使用平均 顆粒直徑2〜20微米程度的玻璃珠均一分散的液晶聚合物 時，可獲得好結果。 本發明其中納入樹脂框架的光半導體元件係譬如半導 體激光β或發光一極管等的發光元件、或光電二極管或前 置放大器内藏型光電二極管等的受光元件。 第1圖表示有關於本發明之光學模組的一實施例之斷 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) Α4規格（2]0>^97公釐） 4371 02 -A7 _______ B7 五、發明説明（5 ) " " 面圖’第2圖表示樹脂框.架與球面透鏡組裝前之狀態說明 圖，第3圖係從樹脂框架的透鏡壓入方向看的端面圖。該 例係具有光半導體元件1 〇、球面透鏡〗2 ,及保待該等構件 同時嵌合保時連接對象的光插頭之套圈（圖未表示）的樹脂 框架14,在連接光插頭時，上述光半導體元件1〇與套圈的 光學纖維可藉上述球面透鏡12作光學性結合構造之一種光 學模組。 樹脂框架Μ係全體大致呈現筒型狀的一體成形品，一 方的端部（在第1圖左側的端部）16係光半導體元件1〇的安 裝部，其内部偏中央的部份係透鏡固定部，從中央附近直 到反對側的端部形成插座部1 8。尚且，插座丨8係具有連接 對象的光插頭之套圈恰好嵌入的孔（空洞部）2〇部份。 經濟部中央標準局兵工消φ；合竹社印製· ' 私-------- • ,-=° (#先閱讀背面之注意事項再填筠本頁} 透鏡固定部係以光軸〇作為中心韩，在其周圍，先端 部朝光半導體元件突出且具有伸出於内周側的爪狀突起22 ，同時在該爪狀突起22的基部側形成透鏡落座面24之構造 。在此爪狀突起22係在圓周方向分成3塊配到形成（參照第 3圖）。由於安裝的透鏡係球面透鏡12,透鏡落座面24係變 成與該球面透鏡12相同半徑之球面的一部份之凹面形狀。 於是，在該透鏡落座面24的中心、小口徑與稍微大口徑的 貫穿孔26 ’ 28可連續那樣的形成著，那個會變成光束的通 路。 各爪狀突起22係與樹脂框架本體部份一起藉射出成形 法一體成形之樹脂部。具體上，爪起突起的先端伸出部份 係在插入於成形金屬模，中心部之中心銷的球面狀先端部 本紙乐尺度適用中國囚家標隼（CNS ) Λ4規格（2丨公釐） Ά7 43 η 02 .._ Β7 ·- 五、發明説明（6 ) 一~ 的基部形成中間變細’在剛將樹脂射出於金屬模内之後， 形成能將該中心銷勉強拔出來。在此爪狀突起22外周側的 基端部（以符號a表示）是配置外消旋，爪狀突起22外周側 坑窪（以符號b表示）係凹下直到球透鏡的中心附近。由於 作成像這樣的形狀’球面透鏡壓入時可提高對彎曲變形的 強度’同時比較容易彎曲，且防止復原時之反作用力的降 低。藉使用樹脂的物性或爪狀突起的尺寸等，沒有限定在 上述那樣的斷面形狀。 在此作為樹脂框架14係使用將平均顆粒直徑約2〇微来 的玻璃珠50重量百分率程度分散之低各向異性級液晶聚合 物。液晶聚合物本身雖線膨脹係數的各向異性很大（射出 時的流動方向左線膨脹係數大致為零，與它正交的方向左 線膨脹係數係8 X 1 〇·3/攝氏度程度）’由於將玻璃珠適量分 散能夠降低各向異性（射出時的流動方向及與它正交的方 向線膨腹係數都是2X10 5/攝氏度程度）之故。依此，以光 • 學模組之實際的使用溫度範圍-20〜+75度）對插座部的内 徑直徑2.5公厘，能夠將内徑變動量抑制在0.005公厘。 球面透鏡的固定作業係將樹脂框架14的光半導體元件 安裝側的端部16向上，在各爪狀突起22的先端部份將球面 透鏡12放進’以棒狀的壓入夾具（圖未表示）壓入就可。爪 狀突起22係藉樹脂的靭性向外彎曲將球面透鏡12收受於内 部，該球面透鏡12係接觸透鏡落座面24而被定位。以那樣 狀態，爪狀突起U係復歸原來的形狀，以透鏡落座面24與 爪狀突起22的復元反作用，將該球面透鏡12抱持固定。由 本紙張尺度適用中®國家標率（CNS ) Α4現格（210Χ597公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窍本頁}

、1T 經濟部中央標準局負工消費合作社印^ 9 經濟部中央標準扃員工消費合作社印裝 4371 02 'Λ7 ___ B7 五、發明説明（7 ) 於像這樣的固定構造’即使依周圍溫度的上升致樹脂擴展 少許’透鏡的保持力也可維持。依試作結果，從空洞側將 透鏡擠出時的柚出強度係15〜20仟克力。再者由於透鏡落 座面的曲率精度佳與透鏡自身的曲率合致，光軸方向的透 鏡定位精度對設計中心值放在±0.01公厘s在光學設計上 ’從激光發光點到透鏡面的距離係重要的因數，將此能夠 精度良好的控制下’會帶來能夠降低光學特性不穩定的結 果。 在内藏像這樣的球面透鏡12的樹脂框架14，將光半導 體元件10結合。在此光半導體元件丨〇係元件主體被數容於 氣密包裝内之構造者。其基座部份30係將接觸於樹脂框架 14的端部16那樣的氣密包裝部份插入於樹脂框架丨4調芯定 -位，周圍以樹脂黏合劑32等固定。 將光學插頭連接於光學模組時，光學插頭的套圈會嵌 入插座部18。其時’光半導體元件10譬如假定係半導體激 光器時’來自半導體激光器的出射光係在以球面透鏡12集 光的套圈之光學纖維端面集光投射那樣的，可達成光學上 韩一致。貫穿透鏡座落面24冲央小口徑的貫穿孔26係藉其 口徑設定於必要最小限’只有光學纖維結合光通過，完成 除去起因於球面透鏡本身的像差等不必要光的機能。光半 導體元件10譬如假定是光電二極管時，將光學插頭連接於 光學模組時’來自套圈的光學纖維端面之出射光係以球面 透鏡12集光投射於先電二極管那樣的，達成光學上的軸一 致ΰ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規柊（21〇X291i>^ ) (请先^讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 '-° 437102 -A7 ______B7_- 五、發明説明（8 ) 上述的實施例雖作為樹脂框架的插座部也是一趙成形 的構造，也有無插座部構造者。像那樣無插座部構造的光 學模組雖也有照原樣使用的情形，但將插座部另外的製作 接全構成者也有可能’那樣做時插座部對光纖維套圈之抽 出插入，可產生能夠選定耐久性高材質的優點。 [發明之效果] 本發明係上述那樣的’在樹脂框架内部，由於將爪狀 突起與透鏡落座面構成的透鏡固定部與樹脂框架主體一體 成形的構造之光學模組，有零件項數係最少限就可解決的 優點。本發明係由於能夠將透鏡以沒有黏合劑或熔敷玻璃 機械性的固定於樹脂框架，透鏡表面沒有黏合劑等的附著 ’又可提南光學模組的对候性。透鏡固定儀在樹脂框架的 爪狀突起將透鏡放進，由於只要使用壓入夾具壓入就可了 結，處理作業變為容易。該等的結果，由於透鏡固定時不 必要有其他的零件’及透鏡安裝成本較廉等，能夠降低製 造成本。 [圖面簡單的說明] 經濟部中央標準局負工消贽合作祍印聚 弟1圖表示本發明有關的光學模組之一實施例的斷面 圖。 第2圖表示其樹脂框架與球面透鏡组裝之前之狀態說 明圖。 第3圖從樹脂框架的透鏡壓入方向看的端面圖。 [符號的說明] 10·.·光半導體元件 ( CNS } ( 210X297^ ) -- -11 - α37ΐ 02 Ά7 Β7五、發明説明（9 ) 12.. .球面透鏡 14.. .樹脂 16.. .樹脂框架的端部 18.. .插座部 20…空洞部（孔） 22.. .爪狀突起 24.. .透鏡落座面 26.. .貫穿孔 28…貫穿孔 30.. .基座部份 32…樹脂黏合劑 Ο...光柏 a. ..外周側的基端部 b. ..外周側的坑窪 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標隼局t貝工消費合作社印製 本紙張尺度適圯中國國家標隼（CMS ) A4規格（210X 297公釐） 12

Claims (1)

1. 4371 02 Λ8 B8 C8 D8 8%ι〇 ;:ή 修正 六、申請專利範圍 第87109874號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：8S)年1〇月 1. 一種光學模組，具備有光半導體元件，透鏡及保持該等 構件之樹脂框架，其特徵在於： 面對光半導體元件的透鏡固定部係以光軸作為中 心軸’而於其周圍具有先端部朝光半導體元件突出且伸 出於内周侧之爪狀突起，同時在該爪狀突出的基部側構 成沒有透鏡落座面的構造，其等係與樹脂框架本體部份 一體成形，可於將透鏡壓入爪狀突起内之狀態下，以上 述透鏡落座面與爪狀突起的反作用力保持並固定透鏡。 2. —種光學模組’具備有光半導體元件，透鏡及保持該等 構件同時並將連接對象的光學插頭之套圏加以嵌合保 持的樹脂框架，而在連接光學插頭時，上述光半導體元 件與套圈的光學纖維可藉助上述透鏡作光學上的結合 ，其特徵在於： 面對光半導體元件的透鏡固定部係以光轴作為中 心軸，而於其周圍具有先端部朝光半導體元件突出且伸 出於内周側之爪狀突起，同時在該爪狀突起之基部側構 成沒有透鏡落座面的構造，其等係與樹脂框架的本體部 份一艘成形，可於將透鏡壓入爪狀突起内之狀態下，以 上述透鏡落座面與爪狀突起的反作用力保持並固定透 鏡。 3. 如申請專利範圍第1或2項之光學模組，其中： 爪狀突起係在圓周方向均等的分成3〜5塊。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   13 〇2 Α8 Β8 CS D8 六、申請專利範圍 4.如申請專利範圍第1或2項之光學模組，其中： 透鏡係球面透鏡’透鏡落座面則為具有與球面透鏡 相同半徑之球面的一部份之形狀者。 5‘如申請專利範圍第1或2項之光學模組，其中： 樹脂框架係以均勻地分散有平均顆粒直徑30譽米以 下之玻璃珠的液晶聚合物所構成。 6_如申請專利範圍第4項之光學模絚，其中： 樹脂框架係以均勻地分散有平均顆粒直徑30微米 以下之玻璃珠的液晶聚合物所構成《 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -in ϋ ϋ n n I f D n n ·ϋ -- 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）