TWI438512B - 光電模組 - Google Patents

Description

光電模組

本發明是有關於一種光電模組，且特別是有關於一種具有高光耦合(optical coupling)效率的光電模組。

於光通訊領域中，在訊號發送端需要藉由作為訊號發送源的光電模組來將電訊號轉換成光訊號。另一方面，在訊號接收端則需藉由作為訊號接收器的光電模組來將所接收到的光訊號轉換成電訊號。因此，光電模組是光通訊領域中不可或缺的主要元件之一。

習知的光電模組包括矽光學平台、光波導以及光電元件。光電元件係用以發射或接收光訊號。光波導配置於矽光學平台上且用以傳遞光訊號。然而，在習知技術中，光電元件所發出之光訊號多直接傳往光波導，而使得光訊號耦入光波導之效率不佳。

本發明提供一種光電模組，其具高光耦合效率。

本發明提出一種光電模組，包括基板、至少一光電元件、至少一第一導光元件以及至少一菲涅耳透鏡。光電元件適於提供或接收光訊號。基板具有承載面及反射面。反射面適於反射光訊號。第一導光元件位於基板之承載面上及光訊號之傳遞路徑上。菲涅耳透鏡設置於第一導光元件上及光訊號之傳遞路徑上，並位於基板之反射面與光電元件之間。

在本發明之一實施例中，上述之反射面連接承載面且相對承載面傾斜。

在本發明之一實施例中，上述之光電元件以覆晶(flip-chip)方式裝設於基板上。

在本發明之一實施例中，上述之第一導光元件為凸起於承載面之凸條。

在本發明之一實施例中，上述之第一導光元件包括第一介質層、第二介質層以及第三介質層。第一介質層具有至少一凹槽。第二介質層覆蓋第一介質層之凹槽與第一介質層，其中菲涅耳透鏡形成在第二介質層上。第三介質層位於第一介質層與第二介質層之間且填入凹槽。第三介質層並且適於傳遞光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之光電模組可進一步包括至少一第二導光元件。第二導光元件位於光訊號之傳遞路徑上且第二導光元件之一端與第一導光元件連接。

在本發明之一實施例中，上述之光電模組可進一步包括至少一凹槽。所述之凹槽設置於基板上。第二導光元件置入所述之凹槽。

在本發明之一實施例中，上述之光電模組可進一步包括與第二導光元件之另一端連接之第一光學轉接頭。

在本發明之一實施例中，上述之光電模組可進一步包括載板以及第二光學轉接頭。基板、光電元件、第一導光元件以及第二光學轉接頭位於載板之同一表面上。第二光學轉接頭位於第一導光元件旁以及光訊號之傳遞路徑上。

在本發明之一實施例中，上述之基板的反射面與承載面夾鈍角。

在本發明之一實施例中，上述之基板之反射面與基板之承載面之間的夾角實質上為135度。

在本發明之一實施例中，上述之第一導光元件覆蓋基板之反射面。

在本發明之一實施例中，上述之基板為半導體基板。

基於上述，本發明之光電模組可利用菲涅耳透鏡將光電元件所發出之光訊號聚焦至導光元件上中，進而提高光電模組的光耦合效率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

第一實施例

圖1為本發明第一實施例之光電模組的立體示意圖。圖2為對應圖1之剖線A-A’所繪之剖面圖。請參照圖1及圖2，本實施例之光電模組100包括基板110、至少一光電元件120、至少一導光元件130以及至少一菲涅耳透鏡132(Fresnel lens)。圖1所示之光電模組100繪出二個光電元件120、十二個導光元件130及十二個菲涅耳透鏡132做為代表。然而，本發明並不特別限定光電元件120、導光元件130及菲涅耳透鏡132的數量。光電元件120、導光元件130及菲涅耳透鏡132的數量皆可視實際的需求做適當之設計。

本實施例之基板110具有承載面110a以及與承載面110a連接且相對於承載面110a傾斜之反射面110b。更進一步地說，本實施例之基板110更具有相對於承載面110a之底面110c、連接底面110c與承載面110a之周面110d、以及連接周面110d與反射面110b之頂面110e。在本實施例中，承載面110a與反射面110b可夾鈍角θ。鈍角θ之角度可依實際的需求做適當之調整。在本實施例中，鈍角θ之精度可視半導體製程蝕刻精度而定。舉例而言，鈍角θ之角度可為135度。本實施例之基板110可為半導體基板，例如矽基板。但，本發明不以上述為限。

本實施之光電元件120與基板110連接且面向基板110之反射面110b。更清楚地說，光電元件120可具有工作面120a(繪於圖2)。工作面120a朝向承載面110a及反射面110b。在本實施例中，光電元件120可直接地與基板110接合。更進一步地說，光電元件120可利用覆晶(flip-chip)方式裝設(mount)於基板110之頂面110e上。如圖2所示，本實施例之光電元件120適於提供或接收光訊號L。換言之，光電元件120可為發光元件或光檢測元件。更進一步地說，光電元件120a可為發光元件，而光電元件120b可為光檢測元件。在本實施例中，發光元件可為雷射或其他合適的發光元件，其中雷射可為垂直共振腔面射雷射(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)。光檢測元件例如為光二極體(photo-diode，PD)。但，本發明不以上述為限。

請再參照圖1及圖2，本實施例之導光元件130位於基板110之承載面110a以及光訊號L之傳遞路徑上。在本實施例中，導光元件130可為凸起於承載面110a之凸條。此凸條可覆蓋基板之反射面110b且朝向遠離反射面110b的方向延伸。導光元件130之材質的選用，以導光元件130之折射率為首要的考量。詳言之，為使光訊號L可在導光元件130中發生全反射而順利地傳遞，導光元件130之折射率可大於環境介質(例如空氣)之折射率。舉例而言，導光元件130可為光波導，其材質可為聚合物(polymer)、矽、氧化矽或其他介電材料。另外，本實施例之導光元件130可利用半導體製程製作。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，導光元件130亦可利用塗佈、印刷等方式製作。

值得注意的是，菲涅耳透鏡132設置於導光元件130上與光訊號L之傳遞路徑上，並位於基板110之反射面110b與光電元件120之間。菲涅耳透鏡132可將光電元件120所發出之光訊號L聚焦至反射面110b上。換言之，透過菲涅耳透鏡132的聚焦作用，光電元件120所發出之光訊號L可有效地耦合至導光元件130中。耦合效率高(即能量高)之光訊號L可透過反射面110b之反射而在導光元件130中傳輸較長的距離。

圖3為圖2所示之光電模組的局部放大圖。請參照圖3，在本實施例中，製造者可利用半導體製程在導光元件130上製作所述之菲涅耳透鏡132。由於菲涅耳透鏡之厚度可較一般之凸透鏡薄，因此本實施例之光電模組100還具有易薄型化之優點。

第二實施例

圖4、圖6為本發明第二實施例之光電模組的立體示意圖。圖5為對應圖4之剖線B-B’所繪之剖面圖。請參照圖4及圖5，本實施例之光電模組100A與第一實施例之光電模組100類似，因此相同之元件以相同之標號表示。本實施例之光電模組100A與第一實施例之光電模組100之差異在於：本實施例之導光元件130A與第一實施例之導光元件130不同。此外，如圖6所示，本實施例之光電模組100A更包括載板140及光學轉接頭150。以下就此差異處做說明，兩者相同之處便不再重述。

請參照圖4及圖5，本實施例之導光元件130A可為另一種形式的光波導結構，包括具有至少一凹槽134a之第一介質層134、覆蓋凹槽134a與第一介質層134之第二介質層136、以及位於第一介質層134與第二介質層136之間且填入凹槽134a之第三介質層138。第一介質層134之材料可為矽或氧化矽；第二介質層136之材料可為矽或氧化矽；第三介質層138之材料，可為聚合物、矽或氧化矽，依製程決定。菲涅耳透鏡132可形成在第二介質層136上。 在本實施例中，菲涅耳透鏡132可位於第三介質層138與光電元件120之間，其中第三介質層138適於傳遞光訊號L。

如圖5所示，光電元件120所發出之光訊號L穿過菲涅耳透鏡132後可依序經過第二介質層136、第三介質層138而匯聚至反射面110b上。透過菲涅耳透鏡132的聚焦作用，光電元件120所發出之光訊號L可有效地耦合至導光元件130A中，進而在第三介質層138中傳遞。換言之，藉由菲涅耳透鏡132，本實施例之光電模組100A的光耦合效率可提高。

請參照圖6，本實施例之光電模組100A可選擇性地包括載板140以及光學轉接頭150。在本實施例中，光學轉接頭150可為一多芯連接器(MPO,Multi-Fibre Push-on或MTP,Multi-fiber Termination Push-on)或其他類型的光學轉接頭。基板110、光電元件120、導光元件130A以及光學轉接頭150可位於載板140之同一表面140a上。光學轉接頭150可位於導光元件130A旁以及光訊號(未繪示)之傳遞路徑上。光學轉接頭150可將導光元件130A所傳輸之光訊號轉接到其他導光元件中，而使本實施例之光電模組100A實現易插拔之功能。此外，本實施例之光電模組100A亦具有與第一實施例之光電模組100類似之功效及優點，於此便不再重述。

第三實施例

圖7、圖8及圖9為本發明第三實施例之光電模組的立體示意圖。請參照圖7、圖8及圖9，本實施例之光電模組100B與第二實施例之光電模組100A類似，因此相同之元件以相同之標號表示。本實施例之光電模組100B與第二實施例之光電模組100A不同之處在於：本實施例之光電模組100B更包括另一導光元件160與定位結構170。以下就此差異處做說明，兩者相同之處便不再重述。

如圖8所示，本實施例之光電模組100B可進一步包括至少一導光元件160。導光元件160位於光訊號之傳遞路徑上且導光元件160之一端與導光元件130A連接。詳言之，本實施例之導光元件160可為光纖。光纖可與導光元件130A之第三介質層138對準，而使原本在第三介質層138傳遞之光訊號可耦合至光纖中。

另外，如圖7及圖8所示，為了固定導光元件160，本實施例之光電模組100B可進一步包括定位結構170。定位結構170設置於基板110上。定位結構170具有凹槽170a。凹槽170a可為V型溝槽(V-groove)。導光元件160可置入凹槽170a中，受凹槽170a侷限而定位在基板110上，進而確保導光元件130A與導光元件160之間的光耦合效率穩定。此外，如圖9所示，本實施例之光電模組100B亦可包括光學轉接頭180。光學轉接頭180可與導光元件160之另一端連接。透過光學轉接頭180，光電模組100B可將導光元件160所傳輸之光訊號轉接到其他導光元件中，而使本實施例之光電模組100B可實現易插拔之功能。

綜上所述，本發明一實施例之光電模組可利用菲涅耳透鏡將光電元件所發出之光訊號聚焦至導光元件上中，進而提高光電模組的光耦合效率。此外，由於菲涅耳透鏡之厚度較薄，因此本發明一實施例之光電模組還具有易薄型化之優點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100A、100B．．．光電模組

110．．．基板

110a．．．承載面

110b．．．反射面

110c．．．底面

110d．．．周面

110e．．．頂面

120．．．光電元件

120a．．．工作面

130、130A、160．．．導光元件

132．．．菲涅耳透鏡

134．．．第一介質層

134a．．．凹槽

136．．．第二介質層

138．．．第三介質層

140．．．載板

140a．．．表面

150、180．．．光學轉接頭

170．．．定位結構

170a．．．凹槽

L．．．光訊號

θ．．．鈍角

圖1為本發明第一實施例之光電模組的立體示意圖。

圖2為對應圖1之剖線A-A’所繪之剖面圖。

圖3為圖2所示之光電模組的局部放大圖。

圖4、圖6為本發明第二實施例之光電模組的立體示意圖。

圖5為對應圖4之剖線B-B’所繪之剖面圖。

圖7、圖8及圖9為本發明第三實施例之光電模組的立體示意圖。

100．．．光電模組

110．．．基板

110a．．．承載面

110b．．．反射面

110c．．．底面

110d．．．周面

110e．．．頂面

120．．．光電元件

120a．．．工作面

130．．．導光元件

132．．．菲涅耳透鏡

L．．．光訊號

θ．．．鈍角

Claims (11)

1. 一種光電模組，包括：至少一光電元件，適於提供或接收一光訊號；一基板，具有一承載面及一反射面，該反射面適於反射該光訊號；至少一第一導光元件，位於該基板之該承載面上及該光訊號之傳遞路徑上；以及至少一菲涅耳透鏡，設置於該第一導光元件上及該光訊號之該傳遞路徑上，並位於該基板之該反射面與該光電元件之間，其中該第一導光元件與該菲涅耳透鏡一體成形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，其中該反射面連接該承載面且相對該承載面傾斜。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光電模組，其中該光電元件以覆晶(flip-chip)方式裝設於該基板上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，其中該第一導光元件為凸起於該基板之該承載面之一凸條。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，其中該第一導光元件包括：一第一介質層，具有至少一凹槽；一第二介質層，覆蓋該第一介質層之該凹槽與該第一介質層，其中該菲涅耳透鏡形成在該第二介質層上；以及一第三介質層，位於該第一介質層與該第二介質層之間且填入該凹槽，該第三介質層並且適於傳遞該光訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光電模組，更包括： 至少一第二導光元件，位於該光訊號之傳遞路徑上，其中該第二導光元件之一端與該第一導光元件連接。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光電模組，更包括：至少一凹槽，設置於該基板上，該第二導光元件置入該凹槽。
8. 如申請專利範圍第6項所述之光電模組，更包括：一第一光學轉接頭，與該第二導光元件之另一端連接。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，更包括：一載板以及一第二光學轉接頭，其中該基板、該光電元件、該第一導光元件以及該第二光學轉接頭位於該載板之同一表面上，且該第二光學轉接頭位於該第一導光元件旁以及該光訊號之傳遞路徑上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，其中該基板為一半導體基板，而該基板之該反射面與該基板之該承載面之間的一夾角實質上為135度，且該夾角是由蝕刻該半導體基板所形成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光電模組，其中該第一導光元件覆蓋該基板之該反射面。