CN101248380A - 光缆以及收发组件 - Google Patents

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CN101248380A CNA2006800307386A CN200680030738A CN101248380A CN 101248380 A CN101248380 A CN 101248380A CN A2006800307386 A CNA2006800307386 A CN A2006800307386A CN 200680030738 A CN200680030738 A CN 200680030738A CN 101248380 A CN101248380 A CN 101248380A
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Abstract

本发明提供一种设计自由度高、光耦合率高的光缆、收发组件。在连接器(3)的收发组件(3a)中，在其辅助基板(32)上，光电转换元件(31)借助于凸块(34)在与安装面之间设有空间并进行设置，在该空间内配置光波导电缆(2)。光电转换元件(31)相对安装面的高度按照光波导电缆(2)的厚度决定，其高度位置通过调整凸块(34)的大小进行控制。

Description

光缆以及收发组件
技术领域
本发明涉及通过光波导进行光传输的光缆以及收发组件。
背景技术
近年来，在薄膜状电缆上形成光波导的光缆的开发得以推进(例如，参照专利文献1：日本特开2001-166167号；专利文献2：日本特开2004-361858号)。在安装在这种光缆的插座上的连接器部分上，基于耗电的降低或多信道化的观点，搭载有面型的发光元件(以下称为VCSEL；Vertical Cavity EmittingLaser)或PD(Photo Diode)等的光电转换元件。
图7以及图8表示安装有VCSEL、PD的光电转换元件以及薄膜状光波导电缆的连接器内的收发组件的现有结构。图7是立体图，图8是图7的II-II线的剖视图。
如图7以及图8所示，在现有的收发组件30中，设计成：在辅助(サブ)基板32上搭载有光电转换元件31、IC(Integrated Circuit)33，光波导电缆2的端部覆盖光电转换元件31的上部，光波导电缆2的芯和光电转换元件31的受发光部31c的位置相对应。而且，在光电转换元件31上配设有金属线P，并以引线接合方式与辅助基板32内的电极电连接。
一直以来，在收发组件30的辅助基板32上配置光电转换元件31，在进行引线接合之后，调整光波导电缆2在辅助基板32的安装面上的位置，以使在其光电转换元件31的受发光部31c和光波导电缆2的芯之间耦合的光路的光轴一致。而且，为了使光波导电缆2的高度位置与先设置的光电转换元件31的高度一致，在光波导电缆2和辅助基板32之间夹入了衬垫S。
在上述结构中，由于光波导电缆2的高度由衬垫S决定，所以衬垫的作用很重要。由于光波导电缆2是具有挠性的薄膜状，所以在衬垫S的高度与光电转换元件31不一致的情况下，在光波导电缆2的端部产生翘曲或弯曲，导致光波导电缆2和光电转换元件31的光轴产生偏移。
这样，不仅光波导电缆2在安装面上的位置，而且衬垫S的大小也对光轴结合产生影响，所以若由各个部件引起的光轴偏移的积累使其公差变大，则光波导电缆和光电转换元件31之间的光路耦合率下降。因此，在衬片S的形成和光波导电缆2的对位要求非常高的细微加工，由此导致光缆的生产率低下。
另外，为了产生作为光波导电缆2的特征的柔软性，虽然使用高分子材料作为基体材料，但高分子材料存在因环境的热变化而膨胀或收缩的情况。由于光波导的电缆2的前端部未必被固定而以由光电转换元件31支撑的形式安装，所以因搭载了光缆的设备的使用温度的变化，存在光波导电缆2的前端部产生弯曲或翘曲的情况。其结果，会发生光轴或一致或偏离之类的状况，导致无法进行稳定的光传输。
另外，除了光电转换元件31和光波导电缆2之外，若增加衬垫S或金属线P等设置在辅助基板32上的部件，则由于设置空间的关系使设计自由度降低，且对大多数部件有必要对位置或大小等进行高精度调整，生产效率变差。
再有，在进行光路耦合时，虽然在光波导电缆2和光电转换元件31间具有光的传输损失最小的位置关系，但由于光波导电缆2的前端部由光电转换元件31支撑，所以仅由衬垫S改变其高度，无法有意图地调整光波导电缆2及光电转换元件31间的光程距离。
另外，虽然光波导电缆2及光电转换元件31间处于贴紧的状态，但实际上有空气作为介质介入。由于空气层的折射率比光波导电缆2的包层的折射率小，所以从光波导电缆2射出来的光其射出直径变大。由此，存在耦合光路中的光传输损失产生很多之类的问题。
发明内容
本发明的问题是提供设计自由度高、光耦合率高的光缆、收发组件。
方案一所述的发明是一种光缆，导光用的芯在包层内向导光方向延长的光波导电缆、和在上述光波导电缆的端部与上述芯进行光耦合的光电转换元件被安装在同一基板上，其特征在于，
在上述基板的安装面和上述光电转换元件之间配置上述光波导电缆，按照上述光波导电缆的距上述安装面的高度调整上述光电转换元件的高度位置。
方案十一所述的发明是一种收发组件，导光用的芯在包层内向导光方向延长的光波导电缆的端部、和在上述光波导电缆的端部与上述芯进行光耦合的光电转换元件被安装在同一基板上，其特征在于，
在上述基板的安装面和上述光电转换元件之间配置上述光波导电缆，对应上述光波导电缆的距上述安装面的高度调整上述光电转换元件的高度位置。
本发明具有以下效果。
根据本发明，在基板的安装面和光电转换元件之间设置光波导电缆，以光波导电缆为基准进行与光电转换元件的光耦合，所以能够去除用于光波导电缆的高度调整的衬垫，排除了光耦合的光轴偏移的主要原因使光耦合效率提高的同时，无需衬垫的细微加工并能够使生产效率提高。另外，通过削减部件件数，设计自由度提高的同时可实现产品的小型化、高密度化安装。
附图说明
图1是表示本实施方式的光缆的图。
图2是表示图1的连接器内的收发组件的结构的立体图。
图3是图2的剖视图。
图4A是表示收发组件的制造方法(一例)的一个工序的图。
图4B是表示收发组件的制造方法(一例)的一个工序的图。
图4C是表示收发组件的制造方法(一例)的一个工序的图。
图5A是表示收发组件的制造方法(另一例)的一个工序的图。
图5B是表示收发组件的制造方法(另一例)的一个工序的图。
图6是表示在双面上安装了图3的收发组件的例子的图。
图7是表示现有的光缆的收发组件的结构的立体图。
图8是图7的剖视图。
图中：
1-光缆，2-光波导电缆，21、22-包层，23-芯，25-反射面，
3-连接器，3a-收发组件，31-光电转换元件，32-辅助基板，
34-凸块(bump)，35-光路形成材料。
具体实施方式
(光缆以及连接器部分的结构)
图1表示本实施方式的光缆1的结构。
如图1所示，光缆1是连接两个印制电路布线基板5的部件，并构成为，在光波导电缆2的两端具备连接器3。连接器3装配在印制电路布线基板5上所搭载的插座6上，在印制电路布线基板5上另搭载有IC4。
光波导电缆2形成为薄膜状，在其内部所具有的光波导作为在两端所设的连接器3之间进行交换的光的传输路径而起作用。连接器3具备进行光电转换的收发组件，由该收发组件将从印制电路布线基板5输入的电信号转换为光，并借助于光波导电缆2将光送向位于另一端侧的连接器3。或者，借助于光波导电缆2接受从另一端的连接器3送出来的光，并转换为电信号后输出到印制电路布线基板5。
图2表示光波导电缆2和连接器3的收发组件3a的连接部分的立体图，图3表示图2的I-I线剖视图。
如图2以及图3所示，光波导电缆2其前端部分配置在辅助基板32的安装面和发光元件31a或受光元件31b之间。而且，光波导电缆2以包层21侧的薄膜面与辅助基板32抵接的方式沿着安装面被粘合。
如图3所示，光波导电缆2由包层21、22以及芯23形成，在其端部设有反射面25。而且，且外周面由未图示的树脂薄膜所覆盖。树脂薄膜作为机械材料、罩而起作用，例如由聚酰亚胺、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等具有挠性的材料构成。
包层21、22以及芯23由聚酰亚胺系、聚硅烷(polysilane)、环氧系、丙烯系的树脂等构成。
芯23在包层21、22之间呈直线状形成并构成光波导。具体地说，涂敷在包层21上的芯层通过蚀刻等成形为规定的路径，在其上面涂敷包层22而构成。芯23的折射率为与包层21、22不同而调整材料。这样，通过芯23的周围由折射率不同的包层21、22包围，从而不会损失在芯23内送出来的光并可使其向一个方向传输。
反射面25是对借助于芯23传输来的光进行反射并导向位于光波导电缆2的上部的受光元件31b，或对从发光元件31a射出来的光进行发射并导向芯23的光路转换部件。所谓光波导电缆2的光波导是指芯23以及包含由该反射面25引导的光路24的光的传输路径。反射面25通过用刀片或激光器等以45度等倾斜角度切断光波导电缆2的端面而形成。
如图2所示，收发组件3a是在辅助基板32上搭载有发光元件31a及受光元件31b、IC33而成的部件，进行从印制电路布线基板5输入输出的电信号和借助于光波导电缆2输入输出的光的相互转换。
发光元件31a例如使用VCSEL等面发光型光电转换元件，如图3所示，向Z→Y方向发出与从印制电路布线基板5输入的电信号相对应的光。从发光元件31a发出的光由反射面25转换光路并向W→X方向传输。
受光元件31b例如使用PD等光电转换元件，接受在光波导电缆2的芯23中X→W方向传输、且借助于反射面25向Y→Z方向进行光路转换的光，并生成与其受光量相对应的电信号。
以下将发光元件31a以及受光元件31b统称为光电转换元件31，其发光部以及受光部称为受发光部31c。
还有，在本实施方式中，虽然对在一个收发组件3a中各具备一个发光元件31a及受光元件31b进行双向光传输的例子进行了说明，但也可以是各具备多个发光元件31a以及受光元件31b并以多路径进行双向传输的结构，也可以做成在光缆1的一端的收发组件3a上仅具备发光元件31a而在另一端的收发组件3a上仅具备受光元件31b来进行一个方向的光传输的结构。
光电转换元件31的高度位置按照光波导电缆2的距安装面的高度来决定。即、虽然光电转换元件31借助于凸块34在与辅助基板32的安装面之间设置空间进行配置，但该光电转换元件31的高度调整为高出光波导电缆2的厚度量的高度。而且，光电转换元件31的基板安装面的位置以如下方式决定：即、以光波导电缆2在辅助基板32的安装面上的设置位置为基准，使在光波导电缆2的光波导和在光电转换元件31的受发光部31c之间传输的光的光轴分别一致。
光电转换元件31的高度位置可以通过改变凸块34的大小来调整。即、通过调整凸块34，可以控制光波导电缆2和光电转换元件31之间的光路距离，并可以以光波导电缆2和光电转换元件31之间的光耦合效率为最大的方式决定其距离。
凸块34由导电体形成，并将光电转换元件31的电极和设置在辅助基板32上的电极(各电极未图示)电连接。作为凸块34可适用例如Au等金属。
在产生于光波导电缆2和光电转换元件31的界面的间隙中填充有光路形成材料35。光路形成材料35例如以如下方式选择材料，即、由光硬化树脂等的光折射介质构成，折射率为与光波导电缆2的包层22相同程度的折射率等、折射率相对空气为比较大的折射率。由该光路形成材料35可控制以便抑制通过光波导电缆2和光电转换元件31之间的光路的光的射出直径的扩展。
(连接器部分的制造方法)
为了将光缆1的连接器3部分做成上述的结构，除了以前将光波导电缆2固定在连接器3的辅助基板32上的方法外，还可以在安装了光电转换元件31之后设置光波导电缆2。
无论在哪种方法中，均预先决定光波导电缆2以及光电转换元件31在辅助基板32的安装面的设置位置，以使在光波导电缆2的光波导和光电转换元件31之间交换的光的光轴一致。而且，按照光波导电缆2的厚度、从光波导至光电转换元件31的受发光部31c的距离等预先决定设置光电转换元件31的高度位置，并按照该高度形成凸块34。
先设置光波导电缆2的场合，如图4A所示，使光波导电缆2的薄膜面抵接辅助基板32并配置在预先确定的位置上并粘接再固定其位置。此时，在辅助基板32和光波导电缆2的不接触(離接)部分设有支撑光波导电缆2的加强材料36。
其次，如图4B所示，在辅助基板32上与光波导电缆2邻接地软钎焊接合凸块34。在该凸块34的上部软钎焊接合光线转换元件31。凸块34按照如上所述的预先已决定的光电转换元件31的高度位置调整尺寸。而且，光电转换元件31以与光波导电缆2的光波导的光轴一致的方式配置在预先已决定的位置上，并与凸块34软钎焊接合。还有，光电转换元件31和凸块34也可以预先接合，在进行了光电转换元件31的位置调整后，再接合凸块34和辅助基板32。
其次，如图4C所示，在产生于上述配置的光波导电缆2以及光电转换元件31之间的间隙g中填充光路形成材料35。由于间隙g是夹缝，所以光路形成材料35通过毛细管现象被吸入并填满间隙g内。另外，由于仅在通过毛细管现象而贴紧了的界面上保持光路形成材料35，所以不会向开口的光路24部分渗出。
对此，也可以从后方安装光波导电缆2。
该场合如图5A所示，首先通过软钎焊接合将凸块34以及光电转换元件31安装在辅助基板32上。调整凸块34的大小、将光电转换元件31配置在预先已决定的位置的情况与上述情况同样。
其次，如图5B所示，在光电转换元件31和辅助基板32之间***光波导电缆2，在将光波导电缆2***到规定位置后，则粘合辅助基板32和光波导电缆2的薄膜面并固定其位置。然后，如图4C所示，用光路形成材料35填满光波导电缆2和光电转换元件31之间的间隙g，则完成连接器3。
如上所述，根据本实施方式，将光波导电缆2配置在辅助基板32的安装面和光电转换元件31之间，以该光波导电缆2的设置位置为基准调整光电转换元件31的距安装面的高度位置及安装面的设置位置。即，由于不必介入衬垫等来对光波导电缆2和光电转换元件31进行光耦合，所以能够消除光轴偏移的主要原因并使光耦合率提高。
如图7以及图8所示，由于以往是以光电转换元件31的设置位置为基准来设置光波导电缆2，所以必须在光波导电缆2和辅助基板32之间介入衬垫S。该衬垫S的介入，成为产生光波导电缆2的光波导和光电转换元件31之间的光路的光轴偏移的主要原因之一，但根据本实施方式，由于不需要衬垫S，所以能够使光轴的对位精度提高。
另外，由于使光波导电缆2的薄膜面与辅助基板32抵接地粘合，所以能够以宽阔的面积支撑光波导电缆2，从而能够稳定地安装。而且，通过粘合可得到抑制因环境温度的变化引起的光波导电缆2的膨胀或缩小的作用。由此，能够使光波导电缆2本身的变动稳定化，从而能够实现防止光轴偏移。因此，可以稳定地进行不受环境变化的光传输。
另外，根据本实施方式，由于光轴偏移的主要原因仅是针对光波导电缆2和光电转换元件31的安装面的位置关系，因而为使光波导电缆2、光电转换元件31之间的光路的光轴一致，预先设计相对辅助基板32的安装面的配置位置，在制造工序中，仅通过在由该设计决定了的位置上正确配置各部件，便可使光波导电缆2以及光电转换元件31之间的光路的光轴一致。即、通过无源定位(パッシブァラィメント)的光路耦合成为可能，并能够提高光缆1的生产效率。
在以往的结构中，通过无源定位难以进行含有由衬垫S引起的光轴偏移的公差并以光电转换元件31为基准的具有个体差的光波导电缆2的对位，最终必须通过有源定位(ァクティブァラィメント)进行对位。但是，根据本实施方式，由于排除了起因于衬垫S的光轴偏移的主要原因，所以只要正确地进行在辅助基板32上的光波导电缆2以及光电转换元件31的配置，便可以实现通过无源定位得到的光轴结合(光軸合ゎせ)。而且，即使光电转换元件31的高度位置不正确，也不影响光轴结合，所以对凸块34的成形不要求像衬垫S那样的高精度，从而能够提高光缆1的生产率。
再有，只要通过设计预先决定光波导电缆2的位置，则可首先对光波导电缆2进行安装，也可以将光电转换元件3设置成在其与安装面之间设有空间，其后在该空间中***光波导电缆2，制造工序并不限定。
另外，通过调整凸块34的大小，能够便于控制光波导电缆2的光波导和光电转换元件31的受发光部31c之间的距离。由此，能够设定光传输效率最佳的距离，从而能够实现光耦合的最佳化。
通过用导电体形成凸块34并利用倒装片方式对光电转换元件31的电极进行电连接，从而不必像以往那样设置用于连接电极的金属线P(参照图8)。在将光波导电缆2搭载在辅助基板32上时，存在金属线P与光波导电缆2的前端部抵触的情况，并存在妨碍光路耦合的情况。而且，金属线P形成的环状构成天线而容易接受噪音，所以必须对光电转换元件31部分进行屏蔽，但在本实施方式中，由于无需金属线P，所以可消除此类问题。而且，由于进行利用凸块34得到的电连接，所以可缩短电极之间的距离，用简单的屏蔽即可完成。
另外，通过用光路形成材料35填满光波导电缆2以及光电转换元件31之间，能够控制光路耦合中的光的直径。即、通过以折射率与光波导电缆2的包层22的折射率为大致相同的折射率的方式选择光路形成材料35的材料，能够抑制光直径的扩展，能够抑制光路耦合中的光传输损失。
再有，通过排除金属线P和衬垫S，能够简化电路结构，实现收发组件3a的小型化、轻量化。而且，由于电连接用的小块(パッド)面积在元件规格以下，所以如图6所示，可使两个收发组件3a在其辅助基板32的背面对合并在双面安装，从而能够实现高密度化安装。再有，也可以将辅助基板32替换为电路基板。该场合，可提供非常小型且高密度的光缆。
另外，也可以使用发光元件31a和受光元件31b为一体的阵列元件。该场合，不必在辅助基板32上分别安装多个光电转换元件31，仅在辅助基板32上安装一个阵列元件即可，同时对于各光电转换元件31来说，无需调整凸块34，生产效率良好。
产业上的可利用性
可用于光通信领域，并可应用于使用具有芯及包层的光波导电缆进行光通信的光缆、收发组件。

Claims (20)

1.一种光缆，导光用的芯在包层内向导光方向延长的光波导电缆、和在上述光波导电缆的端部与上述芯进行光耦合的光电转换元件被安装在同一基板上，其特征在于，
在上述基板的安装面和上述光电转换元件之间配置上述光波导电缆，按照上述光波导电缆的距上述安装面的高度调整上述光电转换元件的高度位置。
2.根据权利要求1所述的光缆，其特征在于，
上述光波导电缆形成为具有挠性的薄膜状。
3.根据权利要求2所述的光缆，其特征在于，
上述光波导电缆以其薄膜面和上述基板抵接的方式进行配置。
4.根据权利要求1～3任一项所述的光缆，其特征在于，
上述光电转换元件的高度位置通过在上述光电转换元件和上述基板之间介入凸块而被调整。
5.根据权利要求4所述的光缆，其特征在于，
上述凸块由导电体构成。
6.根据权利要求4或5所述的光缆，其特征在于，
借助于上述凸块进行上述光电转换元件的电极的电连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的光缆，其特征在于，
在上述光电转换元件和上述光波导电缆之间填充光路形成材料。
8.根据权利要求7所述的光缆，其特征在于，
上述光路形成材料由光折射介质构成，并选择其折射率为与上述包层的折射率大致相等。
9.根据权利要求1～8任一项所述的光缆，其特征在于，
上述光电转换元件是发光元件或受光元件。
10.根据权利要求9所述的光缆，其特征在于，
上述发光元件是面发光元件。
11.一种收发组件，导光用的芯在包层内向导光方向延长的光波导电缆的端部、和在上述光波导电缆的端部与上述芯进行光耦合的光电转换元件被安装在同一基板上，其特征在于，
在上述基板的安装面和上述光电转换元件之间配置上述光波导电缆，按照上述光波导电缆的距上述安装面的高度调整上述光电转换元件的高度位置。
12.根据权利要求11所述的收发组件，其特征在于，
上述光波导电缆形成为具有挠性的薄膜状。
13.根据权利要求12所述的收发组件，其特征在于，
上述光波导电缆以其薄膜面和上述基板抵接的方式进行配置。
14.根据权利要求11～13任一项所述的收发组件，其特征在于，
上述光电转换元件的高度位置通过在上述光电转换元件和上述基板之间介入凸块而被调整。
15.根据权利要求14所述的收发组件，其特征在于，
上述凸块由导电体构成。
16.根据权利要求14或15所述的收发组件，其特征在于，
借助于上述凸块进行上述光电转换元件的电极的电连接。
17.根据权利要求11～16任一项所述的收发组件，其特征在于，
在上述光电转换元件和上述光波导电缆之间填充光路形成材料。
18.根据权利要求17所述的收发组件，其特征在于，
上述光路形成材料由光折射介质构成，并选择其折射率为与上述包层的折射率大致相等。
19.根据权利要求11～18任一项所述的收发组件，其特征在于，
上述光电转换元件是发光元件或受光元件。
20.根据权利要求19所述的收发组件，其特征在于，
上述发光元件是面发光元件。
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