CN101523264A - 光电变换装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种光电变换装置,其可降低装置的高度。光电变换装置(1A)包括:发光组件(4A)或光接收组件(4B);IC电路(50A)或(50B),用以传送电讯号至发光组件(4A)或光接收组件(4B)或是从发光组件(4A)或光接收组件(4B)接收电讯号;底座基板(3),适于从发光组件(4A)发射光侧或光接收组件(4B)接收光侧,被安装在表面(3a)上;电连接器(6),适于被设置在底座基板(3)的一个表面(3a)或另一个表面(3c),且被装至外部连接器(7)及从外部连接器(7)分开;及波导,适于沿着底座基板(3)的一个表面(3a)或另一个表面(3c)被设置在底座基板(3)上,且被光学地耦合至发光组件(4A)或光接收组件(4B)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有光学组件的光电变换装置。
背景技术
传统上,作为光电变换装置,如在专利文件1的图9中的说明,已知有一种类型,包括:发光组件,其通过将电讯号变换成光讯号而发射光;基板,在其上形成用于将电讯号传送至发光组件的IC电路且发光组件从发光组件的发光侧的相反侧被安装在一个表面上;及波导,其被排列以在垂直于基板的一个表面的方向上从发光组件延伸并且传送由发光组件发射的光。注意取代发光组件,也可使用光接收组件,其接收光并且将接收的光讯号变换为电讯号。
在专利文件1的图9说明的光电变换装置中,公的电连接器,其可被装至被设置在接线基板(wiring substrate)上的母的电连接器并且可从该母的电连接器分开,该公的电连接器被设置在基板的另一表面上,且基板及接线基板是通过连接这些电连接器而彼此被电气地连接。
不过,在上述构造中,波导被设置以便在垂直于基板的一个表面的方向上从发光组件延伸,其使得整个装置的高度被显著地增加。
在此,如专利文件1的图3所述,可理解通过在基板的侧面上设置电连接器,发光组件的发光方向适于被排列成与接线基板平行。不过,即使以此方式,至少发光组件及控制IC组件的尺寸的装置高度是必须的,因此其不可能显著地抑制装置高度。
专利文件1:日本早期公开专利第2001-42170号
发明内容
有鉴于上述事实,本发明的目的在于提供一种光电变换装置,其能够降低装置高度。
为了解决上述问题,根据本发明,提供有一种光电变换装置,其特征在于包括:底座基板(mount substrate);IC电路,适于被设置在底座基板上;光学组件,适于具有将由IC电路输出的电讯号变换为光讯号并且发射光的功能,或是将接收到的光讯号变换为电讯号并且将电讯号输出至IC电路的功能;及波导,适于实现在光学组件及外部光学装置间的光学耦合,其中,光学组件被底座基板支撑并且具有发光表面或光接收表面,光学组件的发光表面或光接收表面被引导至底座基板,且波导沿着底座基板的表面被设置在底座基板上。
根据本发明,因为波导沿着底座基板的表面被设置,其可在底座基板的厚度方向上抑制整个装置的高度,从而达成装置的低的高度。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例显示光电变换装置及被连接至光电变换装置的接线基板的构造的示意图;
图2是第一实施例的光电变换装置的发光侧光电变换部分的分解图;
图3A是在其上安装光学组件的底座基板的侧视图;
图3B是沿着图3A中的线A-A的剖面图;
图4A是插槽型电连接器的立体图;
图4B是接头型电连接器的立体图;
图5是第一实施例的光电变换装置的光接收侧光电变换部分的分解图;
图6A至6C是解释光电变换装置的制造过程的示图;
图7A至7B是解释光电变换装置的制造过程的示图;
图8A是在形成波导之后的底座基板的平面图;
图8B是图8A的剖面图;
图8C是根据变形例的制造方法在形成波导之后的底座基板的平面图;
图8D是图8C的剖面图;
图9是显示变形例1的光电变换装置的构造的示意图;
图10A至图10C是显示变形例2的光电变换装置的构造的示意图;
图11A至图11B是显示变形例3的光电变换装置的构造的示意图;
图12是显示变形例4的光电变换装置的构造的示意图;
图13是显示变形例5的光电变换装置的构造的示意图;
图14A是根据本发明的第二实施例显示光电变换装置及接线基板的构造的示意图;
图14B是沿着图14A中的线I-I的剖面图;
图15是插槽型电连接器的立体图;
图16A是显示变形例的光电变换装置及接线基板的构造的示意图;
图16B是沿着图16A中的线II-II的剖面图;
图17是接头型电连接器的立体图;
图18是根据本发明的第三实施例显示光电变换装置及接线基板的构造的示意图;
图19A是从上方观看的中介层基板的立体图;
图19B是从下方观看的中介层基板的立体图;
图20是显示变形例的光电变换装置及接线基板的构造的示意图;
图21是根据本发明的第四实施例显示光电变换装置的构造的示意图;
图22A是电路薄膜被连接至其的外部波导的侧面图;
图22B是电路薄膜的仰视图;
图23是根据本发明的第五实施例显示光电变换装置的构造的示意图;
图24A是变形例的底座基板的侧视图;
图24B是变形例的底座基板的仰视图;
图25A是变形例的底座基板的侧视图;
图25B是变形例的底座基板的仰视图;
图26是变形例的底座基板的侧视图;
图27A是变形例的底座基板的平面图;
图27B是变形例的底座基板的侧视图;
图28是变形例的底座基板的侧视图;
图29A是变形例的底座基板的侧视图;
图29B是变形例的底座基板的仰视图;
图30是变形例的底座基板的仰视图;
图31A是变形例的底座基板的立体图;
图31B是沿着图31A中的线III-III的剖面图;
图32A是变形例的底座基板的立体图;
图32B是沿着图32A中的线IV-IV的剖面图;
图33A是变形例的底座基板的侧视图;
图33B是变形例的底座基板的立体图;及
图34A及图34B是显示变形例的光电变换装置的构造的示意图。
主要组件符号说明
2 接线基板; 1A~1E 光电变换装置;
3 底座基板; 1A2 光发射侧光电变换部分;
4A 发光组件; 4B、17 光接收组件;
5A、5B IC基板; 6 接头;
7 插槽; 8 中介层基板;
9 外部波导; 10、12、15 焊锡球;
11 凸块; 13 树脂结构部分;
14 可挠式电路薄膜; 14a 导线;
16a 散热鳍片; 16A 散热构件;
16B 导热孔; 16C 散热组件;
18A 锡膏; 20 硅晶圆;
31 内部波导; 31a 核心层;
31b 包覆层; 32 凹槽;
33 镜部分; 34 贯穿孔;
35 波导; 36 接线图案;
37 贯穿电极; 38、62b、72b 凹部;
50A、50B IC电路; 61、71 终端;
62 接头主体; 62a 配件凸部;
72 插槽主体; 72a 配件凹座;
81 最上层; 82 中间层;
83 最下层; 91 镜表面;
141 末端; 311 入射部分;
312 发射部分; 313 分支;
1A1、1A3~1A7、1B1~1E1 发光侧光电变换部分。
具体实施方式
在下面,参阅附图说明本发明的最佳实施例。
图1是根据本发明的第一实施例显示光电变换装置1A。光电变换装置1A包括:发光侧光电变换部分(也被称为E/O模块)1A1,适于通过结合接头(header)(电连接器)6及插槽(电连接器)7而被安装在接线基板2上;光发射侧光电变换部分(也被称为O/E模块)1A2,适于通过结合电连接器6及7而被类似地安装至其它的接线基板2;及外部波导9,适于实现在变换部分1A1及1A2之间的光学耦合。也就是,在光电变换装置1A中,在从发光侧光电变换部分1A1或光接收侧光电变换部分1A2观看的另一侧上的电气变换部分被安置做为“外部光学装置”。
注意在此说明书中,图1中的垂直方向表示垂直方向,且垂直于图1中的纸面的方向表示左右方向,而图1中的右侧及左侧分别表示发光侧光电变换部分1A1的前面及后面,而图1中的左侧及右侧表示光接收侧光电变换部分1A2的前面及后面。
发光侧光电变换部分1A1设置有底座基板3,其被形成为在平面图中的前后方向上延伸的矩形。如图2所示,在被设定为底座基板3的下表面的一个表面3a上,安装有发光组件4A以及IC基板5A,该发光组件4A将电讯号变换为光讯号并且发射光,该IC基板5A在其中形成用于将电讯号传送至发光组件4A的IC电路50A。接头型电连接器(以下称为“接头”)6被设置以便从下方覆盖这些组件4A及5A。再者,在底座基板3的一个表面3a上,用以驱动发光组件4A的讯号线的电源线被形成在图6C所示的接线图案36中。再者,在底座基板3上,将由发光组件4A发射的光束的光学路径变换约90度的镜部分(mirrorportion)33被设置于正好在发光组件4A上方的位置上,且与发光组件4A光学地耦合的内部波导31被设置以便从镜部分33延伸至底座基板3的前端面3b。
发光组件4A从上表面向上发射光,且从发光侧被安装在底座基板3的一个表面3a上。做为发光组件4A,可采用VCSEL(垂直共振腔面射型激光器),其是半导体激光器。IC基板5A是用以驱动VCSEL的驱动IC,且被排列接近发光组件4A。发光组件4A及IC基板5A通过以金或焊锡制作的凸块11(参阅图3)被连接至底座基板3的接线图案36。注意LED等可被采用作为发光组件4A。不过,LED等没有指向性且和内部波导31只有小的光学耦合率,因此可在光效率有余裕的条件下被采用。在此种情况中,LED等有助于低成本。
为了避免在安装时的热的影响及在操作环境中的应力的影响,硬度对于底座基板3是必须的。再者,在光穿透的情况中,因为从发光组件至光接收组件的光穿透效率是必须的,其需要高度准确地安装光学组件,并且尽可能抑制由于使用中的热影响造成的位置变化。因此,硅基板被采用做为底座基板3。再者,底座基板3最好是由具有接近发光组件4A的线性热膨胀系数的材料形成,且可由诸如GaAs的化合物半导体形成,其是除了硅之外与VCSEL材料相同的材料***。或者,底座基板3也可由陶瓷材料形成,诸如氮化铝及氮化硅,做为具有良好的线性膨胀系数及热传导率的材料。
镜部分33可通过在由蚀刻底座基板3形成的45度倾斜表面上气相沉积的金或铝形成。注意45度倾斜表面可由例如使用氢氧化钾溶液的非等向性蚀刻形成。
内部波导31沿着底座基板3的一个表面3a被设置,且适于在平行于底座基板3的表面3a的方向上传送由发光组件4A发射的光。内部波导31是由具有不同折射率的两种树脂构成。更具体来说,内部波导31是由用于导光的核心层31a及从其周围覆盖并支撑核心层31a的包覆层31b构成,如图3所示,且被设置在形成于底座基板3中的用于形成波导的凹槽32中。核心层31a是由具有高折射率的树脂制作,且包覆层31b是由具有低折射率的树脂制作。核心层31a及包覆层31b的尺寸通过计算由于发光组件4A的发散角及光接收组件4B的光接收直径等的光损失而被决定,如下面所述。注意内部波导31可由诸如石英而非树脂的无机材料构成,倘若材料是透光材料。
外部波导9适于通过光学黏着剂被结合至底座基板3的前端面3b,使得内部波导31通过结合处理被光学地耦合至外部波导9。也就是,根据本发明的波导是由镜部分33、内部波导31、及外部波导9构成。注意当从镜部分33至外部波导9的距离短时,有由单纯地使光在空气中传播导致的损失数量小的情况。在此情况中,通过忽视内部波导31,光可直接从镜部分33入射至外部波导9。
作为外部波导9,使用由将树脂光波导薄化获得的可挠式薄膜状的波导就操纵而言是更加方便的。也就是,薄膜状的外部波导9具有优良的弯曲特征,且因此即使当其被使用于例如行动电话等的弯曲部分时也没有问题。虽然光损失可取决于弯曲的曲率而发生,其可能通过增加在核心层及包覆层间的折射率差而减少光损失。注意作为外部波导9,也可使用以石英为基础的光纤或塑料光纤而非薄膜状的波导。
具体而言,底座基板3的前端面3b与外部波导9被设定为5至30μm,且黏着剂被填充于间隙中以便被紫外线硬化。或者,其能够通过在间隙被设定为约100μm时将黏着剂填充于底座基板3及外部波导9之间的间隙,然后减小间隙,以填充黏着剂而没有任何黏着剂的缺点。
注意当用以形成波导的凹槽32被形成在底座基板3时,其可通过将凹槽形成在其它部分,同时在外部波导9中设置成形的部分以便与凹槽接合,以简化在底座基板3及外部波导9之间的定位并且实现被动的对准。接头6是可被装至插槽型电连接器(以下简称为”插槽”)7并从插槽7分开的类型,插槽7是被设置在接线基板2上的外部连接器。注意接头6及插槽7可彼此取代。其可被适用使得插槽7被设置在底座基板3上且接头6被设置在接线基板2上,以使接头6作为外部连接器。
插槽7大体上被形成为在如图4A所示的平面图的前后方向上延伸的矩形。插槽7具有插槽主体72及***槽主体72支撑的终端71。矩形框架状的配件凹座(fittingrecess)72a在平面图中被设置在插槽主体72中,且终端71被暴露在配件凹座72a中。再者,终端71的端部从插槽主体72在左右方向上延伸,且通过焊锡(未显示)等被连接至形成在接线基板2的上表面上的接线图案(未显示)。插槽7通常通过回流焊接被安装在接线基板2上。
另一方面,接头6大体上被形成为矩形,其小于插槽7的尺寸且在图4B所示的仰视图的前后方向上延伸。接头6具有接头主体62及被接头主体62支撑的终端61。可配合插槽7的配件凹座72a的矩形框架状的配件凸部(fitting protrusion)62a在仰视图中被形成在接头主体62中,且终端61被暴露在配件凸部62a的表面上。再者,终端61的端部从接头主体62在左右方向上延伸,且通过焊锡球10被连接至底座基板3的接线图案36。为了将接头6安装至底座基板3,除了焊锡球外,其可使用桩头或接脚等。注意包括底座基板3及焊锡球10的高度约为1mm。
当接头6的配件凸部62a被***插槽7的配件凹座72a中以便与配件凹座72a嵌合时,终端61及71彼此接触,使得接线基板2的接线图案电连接至底座基板3的接线图案36。此时,从插槽7的下表面至接头6的上表面的高度约为1mm。因而,当发光侧光电变换部分1A1被安装在接线基板2上时,从接线基板2的上表面至底座基板3的另一表面3c的高度约为2mm。
因为光接收侧光电变换部分1A2的基础构造与发光侧光电变换部分1A1相同,其详细的说明被省略。注意光接收侧光电变换部分1A2与发光侧光电变换部分1A1的差别在于光接收组件4B以及IC基板5B被安装在底座基板3的一个表面3a上,如图5所示,光接收组件4B接收光并将光讯号变换成电讯号,IC基板5B其中形成用于从光接收组件4B接收电讯号的IC电路50B。PD(光二极管)被采用作为光接收组件4B,且IC基板5B是TIA(转阻放大器)组件,其执行电流/电压变换。再者,放大器组件也可被安装在底座基板3上。
其次,参阅图6及图7,来说明光电变换装置1A的制造方法。
注意在光电变换装置1A中,发光侧光电变换部分1A1及光接收侧光电变换部分1A2可被分别制造且其制造方法相同。如此,发光侧光电变换部分1A1的制造方法代表此方法被说明。
1)在本制造方法中,如图6A所示,多个底座基板3通过使用硅晶圆(硅基板)20被同时形成,硅晶圆20被切割且最后被分成个别的底座基板3。注意在图6及图7中,上层的图显示整个硅晶圆,而下层的图以放大的尺度显示对应于单一底座基板3的一部分。作为硅晶圆20,其晶体定向被选择是被准备用于在下列步骤中执行的蚀刻。
2)如图6B所示,用来形成用于形成波导的凹槽32及镜部分33的45度倾斜表面被形成在硅晶圆20中。这些是利用硅晶体的蚀刻速率的差异由非等向性蚀刻形成。在此情况中,为了形成45度倾斜表面,蚀刻罩幕形状、蚀刻剂浓度及化学成分被调整。除了非等向性蚀刻之外,有一种干蚀刻的形成方法,诸如反应离子蚀刻法,用以形成用于形成波导的凹槽32。
如图8A及8B所示,当具有大体上矩形的截面及45度倾斜表面的用于形成波导的凹槽32由非等向蚀刻形成时,这些的蚀刻条件彼此不同。也就是,蚀刻溶液的化学成分对这些是不同的。因此,其必须在二步骤中执行蚀刻。不过,任一步骤均可被先执行。
或者,当用于形成波导的凹槽32及45度倾斜表面被同时形成时,用于形成波导的凹槽32的截面形状大体上被形成为梯形,使得用于形成波导的凹槽32的凹槽宽度增加,如图8C及图8D所示。因为除了用于形成波导的凹槽32被延伸至在下列步骤中形成的发光组件4A的焊垫外都没有问题,用于形成波导的凹槽32可以此方式被形成。
3)如图6C所示,用于安装发光组件4A的接线图案36被形成在硅晶圆20上。接线通过在硅晶圆20上气相沉积金而被图案化。此时,金也同时被气相沉积在45度倾斜表面上,以便形成镜部分33。注意取决将被使用的波长,因为其没有气相沉积金在45度倾斜表面上,其可使用45度倾斜表面作为镜部分33,但举例而言,当近红外光源被使用时,其可通过气相沉积金在45度倾斜表面上而增加反射率及光耦合效率。注意从在后续步骤中的焊锡安装的简单及连接的可靠度的观点,作为金以外的接线材料,钛、镍、金的多层结构或是铬、镍、金的多层结构等可被形成在底座基板3上。举例而言,在形成多层结构时的厚度分别是0.5μm、1μm、及0.2μm。
4)如图7A所示,内部波导31被形成在用于形成波导的凹槽32中。首先,包覆层材料被填充在用于形成波导的凹槽32中。接着,包覆层材料通过使用金属模(未显示)被按压,使得核心层的凹槽(未显示)被形成。然后,核心层的凹槽被填充核心层材料,使得核心层31a被形成。最后,包覆层31b通过施加包覆层材料至核心层31a上而被形成。
注意内部波导31可不使用金属模而被形成。首先,整个硅晶圆20在1100℃的高温氧化炉250分钟而被氧化,使得具有1至2μm的厚度的硅氧化物层被形成在用于形成波导的凹槽32的内部表面上。然后,核心层材料被填充至用于形成波导的凹槽32中,使得核心层31a被形成。再者,具有接近硅氧化物者的折射率的包覆层材料被施加在核心层31a上,使得包覆层31b可由硅氧化物层及包覆层材料构成。
5)如图7B所示,发光组件4A及IC基板5A被安装在硅晶圆20上。凸块11通过金凸块联接被形成在发光组件4A及IC基板5A上。超音波接合通过以200℃加热硅晶圆20、发光组件4A、及IC基板5A而被执行。
注意虽然未显示,在发光组件4A及IC基板5A被安装之后,接合底座基板与发光组件4A及IC基板5A的强度通过在发光组件4A及底座基板3之间以及在IC基板5A及底座基板3之间填充底层填料而被加强。再者,为了改善环境抗力,整个部件可被具有弹性的封装材料密封。
6)其后,助焊剂被涂布在接线图案36的电极部分,且焊锡球10被排列。然后,硅晶圆20被切割,以便被分成个别的底座基板3。
7)最后,其可通过利用焊锡球10将接头6安装在底座基板3上以制造发光侧光电变换部分1A1。
然后,如上所述,外部波导9被接合至发光侧光电变换部分1A1及光接收侧光电变换部分1A2,其是以此方式被制造的,使得发光侧光电变换部分1A1及光接收侧光电变换部分1A2彼此被光学地连接。
在第一实施例的光电变换装置1A中,当波导由镜部分33、内部波导31及外部波导9组成,且内部波导31沿着底座基板3的一个表面3a被设置时,接头6被设置在底座基板3的一个表面3a上,在其上安装发光组件4A或光接收组件4B。从而,其可能抑制在底座基板3的厚度方向上的整个装置的高度,并达成装置的低高度。
再者,底座基板3是硅基板,且因此镜部分33及内部波导31可被容易地形成。
注意在第一实施例中,作为光电变换装置1A,显示有一种单向通讯类型,其中光讯号从发光侧光电变换部分1A1被送至光接收侧光电变换部分1A2,但光电变换装置1A可为双向通讯类型,其中光接收组件4B被安装在发光侧光电变换部分1A1中,发光组件4A被安装在光接收侧光电变换部分1A2中,且多个波导31被形成在底座基板3中。再者,光电变换装置1A可被设置有外部波导9和发光侧光电变换部分1A1及光接收侧光电变换部分1A2中的至少一个。再者,单向通讯类型及双向通讯类型中都是对单信道通讯进行说明。不过,光电变换装置1A可为多信道通讯类型,其中,数组型光发射及接收组件被安装,且多个波导也可被形成以便被使用作为外部波导9。
再者,可对第一实施例的光电变换装置1A进行不同的变形。在下面,光电变换装置1A的变形例1至变形例5是参阅图9至图13进行说明。不过,在变形例中,光接收侧光电变换部分也与发光侧光电变换部分相同,且因此只有发光侧光电变换部分被举例说明。
在图9所示的变形例1的发光侧光电变换部分1A3中,底座基板3被排列以使得安装有发光组件4A的一个表面3a被设定为上表面,且在底座基板3中设置有贯穿电极(through-electrode)37,其将被形成在一个表面3a上的接线图案(未显示)电气地连接至被形成在另一个表面3c上的接线图案(未显示)。在底座基板3的另一个表面3c上,安装IC基板5A,并且设置有接头6。从而,其可通过底座基板3的表面3a及3c固定安装区域,并将底座基板3最小化。
在图10A所示的变形例2的发光侧光电变换部分1A4中,类似于变形例1,底座基板3被排列以便将一个表面3a设定为上表面,且贯穿电极37被设置在底座基板3中。在底座基板3的另一个表面3c上,直接形成用以传送电讯号至发光组件4A的IC电路50A,并且设置有接头6。换言之,其被构成以使得IC基板5A的功能被提供于底座基板3。这使其可将装置最小化。
注意IC电路50A不一定被形成在另一个表面3c上,也可被形成在图10B所示的一个表面3a上。或者,如图10C所示,底座基板3可被排列使得在其上安装有发光组件4A并形成IC电路50A的一个表面3a被设定为下表面,且接头6被形成在一个表面3a上。这使得贯穿电极37变成不必要。
在图11A所示的变形例3的发光侧光电变换部分1A5中,发光组件4A被安装在IC基板5A上,且IC基板5A被安装在底座基板3的一个表面3a上。也就是,发光组件4A是通过IC基板5A被安装在底座基板3的一个表面3a上。具体而言,发光组件4A是通过晶粒接合及引线接合被安装在IC基板5A上。再者,为了固定在IC基板5A及底座基板3之间的预定的间隙,IC基板5A通过焊锡球12被连接至形成于底座基板3的一个表面3a上的接线图案(未显示)。为了固定在接头6及底座基板3之间的有点大的间隙,接头6以有点大的焊锡球10被安装在底座基板3的一个表面3a上。
从而,在发光组件4A被安装在IC基板5A上之后,IC基板5A可被安装在底座基板3上,使得之后可执行发光组件4A相对于镜部分33的对准。
注意如图11B所示,用以防止干扰发光组件4A的凹部38可被设置在底座基板3中,使得波导31被形成在凹部38的底表面上。
在图12所示的变形例4的发光侧光电变换部分1A6中,树脂结构部分13被形成在底座基板3的一个表面3a的前端及后端,且在其上安装有发光组件4A的IC基板5A通过树脂结构部分13被安装在底座基板3上。接头6以焊锡球10被安装在IC基板5A的下表面,且接头6通过IC基板5A及树脂结构部分13被设置在底座基板3的一个表面3a上。从而,其也可形成用于将IC基板5A定位在树脂结构部分13上的部分,使其可以高准确度执行镜部分33及发光组件4A的定位。
在图13所示的变形例5的发光侧光电变换部分1A7中,贯穿孔34被设置在底座基板3上对应于发光组件4A的位置,且透光树脂被填充在贯穿孔34中,使得辅助波导35被形成。接头6被设置在底座基板3的一个表面3a上,且外部波导9被结合至底座基板3的另一个表面3c。
外部波导9通过被结合至底座基板3的另一个表面3c而沿着另一个表面3c被设置。再者,外部波导9的末端被排列正好位于波导35上方,且镜部分通过以45度角切割末端而被形成在末端。从发光组件4A发射的光是通过波导35进入外部波导9,且在光的光学路径被镜表面91变换90度之后被外部波导9传送。也就是,在变形例5中,本发明的波导仅由外部波导9构成。
即使在此方式中,其也可达成整个装置的低高度。不过,以图1至图12所示的结构,其能使装置的高度低于在图13所示的结构。
注意已知高速传送组件通常产生噪音,但是当底座基板3被安排以便覆盖图1、图10C、图11、图12及图13所示的发光组件4A时,底座基板3作为接地以提供抑制噪音的效果。
其次,参阅图14至图17说明本发明的第二实施例的光电变换装置1B。注意在第二实施例及后续的实施例中,光接收侧光电变换部分与发光侧光电变换部分相同,因此只说明及解释发光侧光电变换部分。再者,与第一实施例者相同的组件是被标示相同的参考数字,并省略其说明。
在图14及图15中显示的结构中,接头6被设置在接线基板2上,且插槽7被设在发光侧光电变换部分1B1的底座基板3上。
更特别地,在插槽7的插槽主体72中,在仰视图中的前后方向上延伸的矩形凹部72b被设置在由配件凹座72a围绕的部件中,且终端71被暴露在凹部72b的底表面上。
另一方面,底座基板3被排列使得在其上安装有发光组件4A的一个表面3a被设定为上表面。在底座基板3被装入插槽7的凹部72b中的状态中,通过焊锡球10将被暴露在凹部72b的底表面上的终端71连接至被形成在底座基板3的一个表面3a上的电路图案(未显示),从而将凹部72b的底表面结合至底座基板3的一个表面3a。
以此方式,当其中可纳入底座基板3的凹部72b被设置在插槽7中时,其可达成装置的低高度。
注意通过使贯穿电极37类似于实施例1设置在底座基板3中,其也可排列底座基板3,使得其一个表面3a被设定为下表面,且插槽7的凹部72b的底表面被结合至底座基板3的另一个表面3c。再者,其也可应用被显示于第一实施例中的变形例1至变形例5。
再者,如图16及图17所示,插槽7可被设置在接线基板2上,使得接头6被设置在发光侧光电变换部分1B1的底座基板3上。在此情况中,终端61可被暴露在凹部62b的底表面上,其是由被接头6的接头主体62的配件凸部62a围绕而形成,且终端61可通过焊锡球10被连接至底座基板3的一个表面3a的接线图案(未显示)。不过,为了避免干扰底座基板3,凹部72b被设置在插槽7的插槽主体72中。
其次,根据本发明的第三实施例的光电变换装置1C被显示在图18中。在第三实施例的发光侧光电变换部分1C1中,中介层基板(interposer substrate)(接线基板)8被***在底座基板3的一个表面3a及接头6之间。也就是,中介层基板8的上表面通过焊锡球15被连接至底座基板3的一个表面3a,且接头6通过焊锡球10被连接至中介层基板8的下表面。
中介层基板8由多层板构成,以图19所示的方式,电极对应于被形成在底座基板3的一个表面3a上的接线图案(未显示)而被形成在最上层81上,且电极对应于接头6的终端61而被形成在最下层83上,且通过中间层82电连接在最上层上的电极及在最下层上的电极,电极间距被变换且从而电极图案被改变。
注意在最上层81上的电极数目及在最下层83上的电极数目不一定适于在中介层基板8中一对一地对应,且其也可使在最上层81上的电极被聚集为一个且被电连接至最下层83上的电极。因此,其也可通过使用中介层基板8聚集电力线而减少接头6及插槽7的终端的数目。
以此方式,其可通过使用中介层基板8改善底座基板3的接线图案的灵活性。也就是,因为发光组件4A及IC基板5A被安装在底座基板3上,其可能难以使底座基板3的接线图案36的电极部分与接头6的终端61一致。在此种情况中,中介层基板8特别有效。
注意类似于第一实施例的变形例1,在一个表面3a被设定为上表面的状态中,底座基板3可被排列使得中介层基板8被***在底座基板3的另一个表面3c及接头6之间。再者,其也可应用在第一实施例中显示的变形例1至变形例5。
再者,类似于第一及第二实施例,接头6及插槽7可彼此替换。这与将在下面说明的第三至第五实施例相同。
再者,如图20所示,中介层基板8不一定被***在底座基板3及接头6之间。接头6及底座基板3可并列地被排列,且被安装在中介层基板8上,使得中介层基板8被排列以在接头6及底座基板3上延伸。从而,整体大小增加但在厚度方向上的尺寸被减小,其对于移动装置有效,诸如在厚度方向上具有限制的移动电话。
其次,根据本发明的第四实施例的光电变换装置1D被显示在图21中。在第四实施例的光电变换装置1D中,可挠式电路薄膜14被贴在外部波导9的下表面上。
如图22所示,电路薄膜14适于通过绝缘材料保持导线,该导线用于从发光侧光电变换部分1D1传送电力至光接收侧光电变换部分(未显示)或者用于由发光侧光电变换部分1D1从光接收侧光电变换部分接收电力。注意其不仅可通过导线14a传送或接收电力,也可传送或接收各种讯号。
电路薄膜14的整体长度被设定为比外部波导9的长度长,使得电路薄膜14的两端在前后方向上从外部波导9延伸。同样地,其适于使得当外部波导9被结合至底座基板3的前端面时,电路薄膜14的末端141与底座基板3的一个表面3a重叠。
再者,电路薄膜14的末端141被连接至接头6,且导线14a被直接连接至接头6。具体而言,导线14a通过焊锡球10被连接至接头6的终端61。注意除了焊锡球10外,诸如贴铜(copper post)的导体也可被用于此连接。
从而,其能使用外部波导9完成在发光侧光电变换部分1D1与光接收侧光电变换部分(未显示)之间的电接线。再者,导线14a被直接连接至接头6,使其可通过单一接头6完成电讯号的电连接及电力传送或接收的电连接。
注意在第四实施例中,其也可应用在第一实施例中显示的变形例1至变形例5。
其次,根据本发明的第五实施例的光电变换装置1E被显示在图23中。第五实施例的光电变换装置1E大体上具有与第三实施例者的光电变换装置1C相同的结构,但与光电变换装置1C的不同处在于发光侧光电变换部分1E1的中介层基板8是在外部波导9延伸的方向上延伸,以便与光接收侧光电变换部分(未显示)的中介层基板8结合在一起。
中介层基板8可被构成为可自由地弯曲的可挠式接线薄膜,或是以被***在接头6及底座基板3之间的部分由具有强度的基板构成的方式被构成,且可挠式薄膜被连接至被***的部分的端面。在中介层基板8中,形成有用于从发光侧光电变换部分1E1传送电力至光接收侧光电变换部分或者用于由发光侧光电变换部分1E1从光接收侧光电变换部分接收电力的电路。注意电路不仅可传送或接收电力,也可传送或接收各种讯号。
从而,其能使用中介层基板8完成在发光侧光电变换部分1E1与光接收侧光电变换部分(未显示)之间的电气接线。再者,中介层基板8适于成为可挠式基板,因此中介层基板8可与外部波导9一起被弯曲。并且,只有对应于焊锡球15的间隙被设置在外部波导9及中介层基板8之间。如此,外部波导9及中介层基板8可像同一薄膜被叠置及操作,而不使操作的质量变差。再者,这些是被独立地设置,使其可获得优良的弯曲特性。
再者,在第五实施例中,其也可应用在第一实施例中显示的变形例1至变形例5。
再者,在上述第一至第五实施例中,其也可应用下列的变形例。
首先,如图24A及图24B所示,多个发光组件4A(在附图中为八个),各自发射不同波长的光束,在左右方向上并列地被安装在底座基板3的一个表面3a上,且内部波导31的宽度通过增加用于形成波导的凹槽32的凹槽宽度而被增加。注意用于形成波导的凹槽32的截面形状大体上具有类似于参阅图8C及图8D所说明的梯形。
同样地,各自被光学耦合至各发光组件4A的多个入射部分311及被连接至入射部分311的发射部分312被设置在内部波导31中。具体而言,多个分支313被设置于为内部波导31的核心层31a,以便使核心层31从发射侧至入射侧连续地分叉,也就是从底座基板3的前端面3b侧朝向后侧连续地分叉。
从而,具有多个不同波长的光束被叠置且被内部波导31传播,使其可显著地增加可由装置传送的数据的数量。
或者,如图25A及图25B所示,当一个发光组件4A仍将被安装在底座基板3的一个表面3a上时,将发光组件4A光学耦合至内部波导31的入射部分311及被连接至入射部分311的多个发射部分312(在附图中为八个)被设置在内部波导31中。具体而言,多个分支313被设置于内部波导31的核心层31a,以便使核心层31a从入射侧朝向发射侧连续地分叉,也就是从底座基板3的后面朝向底座基板3的前端面3b连续地分叉。
从而,由发光组件4A发射的光束被散布且被内部波导31传播,使其可进行一对多的数据传送。
其次,如图26所示,具有其上沿左右方向延伸的散热鳍片16a的投射线被排列在前后方向上的上表面的散热构件(散热装置:散热片)被结合至与在其上安装有发光组件4A的底座基板3的一个表面3a相对的另一个表面3c,以便使由发光组件4A及IC基板5A产生的热被散热构件16A消散。
从而,其可抑制由于由发光组件4A及IC基板5A产生的热造成的影响。
或者,底座基板3可由具有良好热传导率的氮化硅取代硅而构成,使得底座基板3本身被使用作为散热装置。鉴于硅具有160W/mK的热传导率,氮化硅具有200W/mK的热传导率,因此其可使由发光组件4A及IC基板5A产生的热被导至底座基板3的另一个表面3c,以便极好地消散。
在此情况中,其可通过加工底座基板3本身而在另一个表面3c上设置散热鳍片16a。从而,其可造成更良好的散热。
或者,如图27A及图27B所示,多个导热孔16B可被设置在底座基板3中,使得由发光组件4A及IC基板5A产生的热被导热孔16B消散。在此,导热孔16B通过在贯穿孔中填充诸如铜的具有高热传导率的金属而形成。
或者,在如第三实施例及第五实施例的情况中,中介层基板8被设置并排列在底座基板3的一个表面3a的侧边上,如图28所示,由诸如铜的具有较高热传导率的材料构成的散热组件16C也可被配设在中介层基板8与被安装在底座基板3的一个表面3a上的发光组件4A及IC基板5A二者之间,使得散热组件16C接触中介层基板8与发光组件4A及IC基板5A二者。
从而,由发光组件4A及IC基板5A产生的热通过散热组件16C被导至中介层基板8以便被消散。因而,其可通过合理地利用中介层基板8以驱散由发光组件4A及IC基板5A产生的热。
注意散热组件16C只需接触中介层基板8和发光组件4A及IC基板5A中的至少一个,且例如散热组件16C可适于仅与中介层基板8及发光组件4A接触。
第三,如图29A及29B所示,在底座基板3的一个表面3a上,朝着大体上垂直于镜部分33的方向倾斜的半反射镜部分31c被设置在内部波导31的中间,且用于监测的光接收组件17被安装在对应于半反射镜部分31c的位置。在内部波导31的中间设置半反射镜部分31c可由在内部波导31中形成狭缝并将半反射镜***狭缝中而实现。
半反射镜部分31c反射数个百分比的被发光组件4A发射且被镜部分33反射的光,并且透射剩下的光。因此,由发光组件4A发射的部分光被用于监测的光接收组件17接收。用于监测的光接收组件17通过以此方式接收光将发光组件4A的输出输出为监测讯号。注意除了设置半反射镜部分31c,其可被适用使得凸出(未显示)被设置在用于形成波导的凹槽32中,且凸出的前缘被构成为反射镜以便侵入至核心层31a中,从而由核心层31a导引的部分光被凸出的前缘反射至用于监测的光接收组件17。
由用于监测的光接收组件17输出的监测讯号是通过被形成在底座基板3的一个表面3a上的接线图案36b被送至IC基板5A。
被形成在IC基板5A中的IC电路50A包括控制电路(未显示),其通过接线图案36a调整被传送至发光组件4A的电讯号。基于由用于监测的光接收组件17输出的监测讯号,控制电路调整电讯号以便使发光组件4A的输出固定。
从而,其可使发光组件4A的输出固定,而不受诸如温度的环境影响。
注意为了使用于监测的光接收组件17可接收由发光组件4A发射的部分光,例如如图30所示,分支313可被形成在内部波导31的核心层31a中以形成分支路径31a’,使得用于监测的光接收组件17被设置在对应于分支路径31a’的前缘的位置。
第四,如图31A及图31B所示,在底座基板3的一个表面3a上,当焊锡球11’被用于将发光组件4A安装至底座基板3的一个表面3a时,可纳入焊锡球11’的凹处18被设置在对应于焊锡球11’的位置。凹处18由被形成在底座基板3的一个表面3a上的凹槽构成。
从而,焊锡球11’可通过被设置在底座基板3的一个表面3a上的凹处18以高准确度定位,使其可改善发光组件4A的定位准确度,并且可减少由发光组件4A的安装位置偏差导致的在发光组件4A及内部波导31间的光学耦合损失。
注意凹处18也可如图32A及图32B所示由锡膏18A构成。也就是,具有凹处18的锡膏18A可通过在应用时以圆形的形状施加焊锡而被简单地形成。
再者,如图33A及33B所示,其也可在底座基板3的一个表面3a上设置用于投入发光组件4A及IC基板5A的凹部39。
从而,其可对应于发光组件4A及IC基板5A由其被投入的数量减低装置的高度。具体而言,在中介层基板8如同在第三实施例及第五实施例被设置的情形中,可以对应于发光组件4A和IC基板5A被投入的数量来减小焊锡球15的尺寸,而在中介层基板8未如同在第三实施例和第五实施例被设置的情形中,可以对应于发光组件4A和IC基板5A被投入的数量来减小焊锡球10的尺寸。
第五,在中介层基板8如在第三实施例及第五实施例被设置,并且具有用于传送电力至光接收侧光电变换部分(未显示)及从光接收侧光电变换部分接收电力的导线14a的电路薄膜14如第四实施例所示被设置在外部波导9的情况中,电路薄膜14的末端141如图34A所示被结合至中介层基板8的上表面,使得导线14a被直接连接至中介层基板8。
在此,也可将导线14a直接连接至底座基板3。不过,当导线14a适于如图34A所示被直接连接至中介层基板8时,将被形成在底座基板3上的接线图案36可较导线14a被直接连接至底座基板3的情况更加减少。这使其可减小底座基板3的尺寸,并且防止诸如由导线14a构成的电源线的噪声源的影响被传送至底座基板。再者,这使其可形成一些电讯号线。
或者,如图34B所示,其可以电路薄膜14被分割成二,且一个末端141被结合至中介层基板8的上表面,而另一末端141被结合至中介层基板8的下表面的方式将导线14a连接至中介层基板8的上及下表面。
从而,可进一步增加图34A所示的结构的效用,并且改善在电路薄膜14及中介层基板8间的连接强度。
也就是,根据上述实施例的本发明提供一种光电变换装置,其特征在于包括:底座基板;IC电路,被设置在底座基板上;光学组件,适于具有将由IC电路输出的电讯号变换为光讯号并且发射光的功能,或是将接收到的光讯号变换为电讯号并且将电讯号输出至IC电路的功能;及波导,适于实现在光学组件及外部光学装置间的光学耦合,光学组件被底座基板支撑并且具有发光表面或光接收表面,光学组件的发光表面或光接收表面被引导至底座基板,且在于波导沿着底座基板的表面被设置在底座基板中。
根据本发明,波导沿着底座基板的表面被设置,使其可抑制在底座基板的厚度方向上的整体装置的高度,并且达成低的装置高度。
最好,光电变换装置更包括电连接器,其被设置在底座基板的一个表面或另一个表面上,并且能将IC电路电气地连接至外部连接器。
在此,底座基板的一个表面及另一个表面意指在底座基板的厚度方向上的两个表面。再者,在上述结构中,电连接器被设置在其上安装光学组件的底座基板的一个表面上,或是在相对于一个表面的另一个表面上,从而可将IC电路电气连接至外部连接器。
在光电变换装置中,波导最好包括:镜部分,适于将光讯号的光学路径变换大约90度;内部波导,适于被设置以从镜部分延伸至底座基板的端面;及外部波导,适于将内部波导光学耦合至外部光学装置,其被结合至底座基板的端面。
例如,其可通过在对应于底座基板的光学组件的位置设置贯穿孔,并且在底座基板的另一个表面上设置光纤等,其末端以45度的角度被切割,而构成波导。不过,如上所述,当波导由被设置在底座基板中的镜部分及内部波导以及由被结合至底座基板的端面的外部波导构成时,与上述的结构相比,可更加减低装置的高度。
在光电变换装置中,底座基板最好是硅基板。
当底座基板在此方式中是硅基板时,镜部分及内部波导可被轻易地形成。
在光电变换装置中,最好电连接器被设置有其中可装入底座基板的凹部,且凹部的底表面被连结至底座基板的一个表面或另一个表面。
根据上述结构,可装入底座基板的凹部被设置在电连接器中,使其可进一步减低装置的高度。
在光电变换装置中,最好用于改变电极图案的接线基板被***在底座基板及电连接器之间。
通过以此方式使用用于改变电极图案的接线基板,可改善底座基板的接线图案的灵活性。
在光电变换装置中,最好接线基板是在波导延伸的方向延伸的可自由弯曲的可挠式基板,且用于传送电力至其它光电变换装置及从其它光电变换装置接收电力的电路被形成于接线基板中。
根据此结构,可通过利用接线基板完成与其它光电变换装置的电气接线。再者,接线基板是可挠式基板,使其可将接线基板与波导一起弯曲。
在光电变换装置中,最好用于传送电力至其它光电变换装置及从其它光电变换装置接收电力的导线被设置于波导,且导线被直接连接至电连接器。
通过以此方式将导线设置于波导,与其它光电变换装置的电接线可通过利用波导被完成。再者,导线被直接连接至电连接器,使其可通过单一电连接器完成电讯号的电气连接及电力传送或接收的电气连接。
在光电变换装置中,最好发射彼此不同波长的光束的多个发光组件被安装在底座基板上作为光学组件,且波导具有被光学耦合至各自的发光组件的多个入射部分,及被连接至入射部分的发射部分。
根据此结构,具有不同波长的多个光束适于以重叠的状态被波导传播,使得其可显著地增加可被单一装置传送的数据的数量。
在光电变换装置中,最好发光组件被安装作为在底座基板上的光学组件,且波导包括被光学耦合至发光组件的入射部分及被连接至入射部分的多个发射部分。
根据此结构,由发光组件发射的光束适于被散布且由波导传播,使其可进行一对多的数据传送。
在光电变换装置中,最好用于驱散由光学组件产生的热的散热装置被设置在底座基板上。
根据此结构,由光学组件产生的热被散热装置驱散,使其可抑制由光学组件产生的热的影响。
在光电变换装置中,最好进一步设置具有被形成于其中的IC电路且被安装在底座基板上的IC基板,接线基板被***在底座基板及电连接器之间,且具有较高热传导率的散热组件被排列在接线基板及底座基板之间,以便与接线基板接触且与光学组件及被安装在底座基板上的IC基板的其中之一接触。
根据此结构,由光学组件或IC基板产生的热适于通过散热组件被传导至接线基板并且被驱散,使其可通过合理地利用接线基板驱散由光学组件或IC基板产生的热。
在光电变换装置中,最好作为光学组件的发光组件及用于监控的光接收组件被安装在底座基板上,其通过接收由发光组件发射的光的一部分而输出发光组件的输出以作为监控讯号,且IC电路包括控制电路,其适于根据从用于监控的光接收组件输出的监控讯号调整将被传送至发光组件的电讯号,以便使得发光组件的输出固定。
根据此结构,发光组件的输出可为固定,而不受诸如温度的环境影响。
在光电变换装置中,最好光学组件通过焊锡球被安装在底座基板上,且在其中可装入焊锡球的凹处被设置在底座基板上的位置,在该处焊锡球被排列。
根据此结构,焊锡球可由被设置在底座基板的一个表面上的凹处以高准确度被定位,使其可改善光学组件的定位准确度并且减少由光学组件的安装位置偏差导致的在光学组件及波导间的光学耦合损失。
在光电变换装置中,最好在其中投入光学组件的凹部被设置在底座基板中。
根据此结构,其可对应于光学组件由其被投入的数量而减低装置的高度。
在光电变换装置中,最好用于传送电力至另一光电变换装置及从另一光电变换装置接收电力的导线被设置且被直接连接至接线基板。
也就是,在用于传送电力至另一光电变换装置及从另一光电变换装置接收电力的导线被设置在波导中的情况中,也可将导线直接连接至底座基板。不过,如同在上述结构中,当导线适于被直接连接至接线基板时,与导线被直接连接至底座基板的情况相比,可更加减少将被形成在底座基板上的接线图案。
工业应用性
根据本发明,其可达成光电变换装置的低高度。
Claims (16)
1.一种光电变换装置,包括:
底座基板;
IC电路,被设置在底座基板上;
光学组件,适于具有将由IC电路输出的电讯号变换为光讯号并且发射光的功能,或是将接收到的光讯号变换为电讯号并且将电讯号输出至IC电路的功能;及
波导,适于实现在光学组件及外部光学装置间的光学耦合,
其中,光学组件被底座基板支撑并且具有发光表面或光接收表面,光学组件的发光表面或光接收表面被引导至底座基板,
且波导沿着底座基板的表面被设置在底座基板中。
2.如权利要求1所述的光电变换装置,更包括:电连接器,适于被设置在底座基板的一个表面或另一个表面上并且能将IC电路电连接至外部连接器。
3.如权利要求1或2所述的光电变换装置,其特征在于,波导包括镜部分,适于将光讯号的光学路径变换大约90度;内部波导,适于被设置以从镜部分延伸至底座基板的端面;及外部波导,适于被结合至底座基板的端面并且实现在内部波导及外部波导之间的光学耦合。
4.如权利要求3所述的光电变换装置,其特征在于,底座基板是硅基板。
5.如权利要求2所述的光电变换装置,其特征在于,可安装底座基板的凹部被设置在电连接器中,且凹部的底面被结合至底座基板的一个表面或另一个表面。
6.如权利要求2所述的光电变换装置,其特征在于,适于改变电极图案的接线基板被***在底座基板及电连接器之间。
7.如权利要求6所述的光电变换装置,其特征在于,接线基板是在波导延伸的方向延伸的可自由弯曲的可挠式基板,且用于传送电力至其它光电变换装置及从其它光电变换装置接收电力的电路被形成于接线基板中。
8.如权利要求1所述的光电变换装置,其特征在于,为波导设置用于传送电力至其它光电变换装置及从其它光电变换装置接收电力的导线,且导线被直接连接至电连接器。
9.如权利要求1或2所述的光电变换装置,其特征在于,适于发射具有彼此不同的波长的光束的多个发光组件被安装为光学组件,且波导包括适于光学耦合至各自的发光组件的多个入射部分,及被连接至入射部分的发射部分。
10.如权利要求1或2的光电变换装置,其特征在于,发光组件被安装作为在底座基板上的光学组件,且波导包括被光学地耦合至发光组件的入射部分及被连接至入射部分的多个发射部分。
11.如权利要求1或2所述的光电变换装置,其特征在于,适于驱散由光学组件产生的热的散热装置被设置在底座基板上。
12.如权利要求6所述的光电变换装置,更包括:IC基板,其具有被形成于其中的IC电路且被安装在底座基板上,
其中,接线基板被***在底座基板及电连接器之间,且具有较高热传导率的散热组件被排列在接线基板及底座基板之间,以与接线基板接触且与光学组件及被安装在底座基板上的IC基板的其中之一接触。
13.如权利要求1所述的光电变换装置,其特征在于,作为光学组件的发光组件及用于监控的光接收组件被安装在底座基板上,其适于通过接收由发光组件发射的光的一部分而输出发光组件的输出以作为监控讯号,且IC电路包括控制电路,其适于根据从用于监控的光接收组件输出的监控讯号调整将被传送至发光组件的电讯号以使得发光组件的输出固定。
14.如权利要求1所述的光电变换装置,其特征在于,光学组件通过焊锡球被安装在底座基板上,且凹处被设置在底座基板上排列焊锡球的位置,在所述凹处中安装焊锡球。
15.如权利要求1所述的光电变换装置,其特征在于,在其中将被投入光学组件的凹部被设置在底座基板中。
16.如权利要求6所述的光电变换装置,其特征在于,用于传送电力至另一光电变换装置及从另一光电变换装置接收电力的导线被设置在波导中,且被直接连接至接线基板。
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