CN1940611A - 光导保持部件和光学模块 - Google Patents

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Abstract

一种光导保持部件(1)，其具有其中装入并保持光导的保持孔(2)。所述光导保持部件(1)具有埋在安装表面中的导电引线(5，7)，在所述安装表面上开有所述保持孔(2)的开口。导电引线(5，7)部分在安装表面上暴露，还且还在横截安装表面的侧表面上暴露。光学半导体装置电连接到导电引线(5，7)的暴露部分，且与光导光学耦合。

Description

光导保持部件和光学模块
技术领域
本发明涉及用于光学通信或传输***的光学半导体模块，尤其涉及具有改善布线的光导保持部件和光学模块。
背景技术
近年来，光学传输和通信技术得到发展且广泛用于各个领域，其中使用光束作为载体，并对光束进行强度调制或相位调制以传输信号。在这样的光学传输和通信技术中，需要提供光学耦合装置，其将例如光发射或接收元件的半导体装置光学耦合到例如光纤的光导。
对于这种装置，已经研制和开发了这样的技术，其中使用称为直接光耦合(对接点)的耦合方案来减少实施成本；该技术将一组光纤和光学半导体装置紧密相对彼此地设置，从而不用透镜地获得光学耦合。该直接光学耦合需要将一组光纤和半导体装置设置为彼此接近至几十微米。从而，例如，JP-A 2001-159724(公开)提出了一种直接在用于保持光纤等的光导保持部件(称为光纤套)的主表面上形成布线、以及将光学装置安装到主表面上使得光学装置的光敏区域或发光区域相对着光纤的方法。
该方法允许将光学半导体装置放置为非常接近光纤。还可以相对于光纤将光学半导体装置安装到光导保持部件上。这允许通过使用常规倒装芯片实施方案精确地横向安装光学半导体装置。并且，所形成的结构具有减少的部件，并且容易降低成本。另外，通过使用树脂作为用于保持部件的基材，可以大幅度降低成本。当在具有光纤的开口的主表面上形成布线、并且所述布线延伸到侧表面时，实施了正交配置，其允许以垂直于光束传播路径的方向输出电信号。这允许光纤平行于安装板的安装表面延伸，从而防止光纤垂直于安装表面地延伸。
在如JP-A 2001-159724(公开)所述的光学模块中，需要将光学模块这样安装在安装板上，使得平行于安装板的安装表面设置光纤。从而，需要在光导保持部件的主表面上三维地形成布线，并且需要将所述布线从主表面延伸到侧表面，其中在所述主表面上安装有光学半导体装置。因此，该结构不利的是，制造布线的工艺包括三维工艺。这不利地复杂化了工艺并增加了成本。
在如JP-A 2001-159724(公开)所述的结构中，将布线沿光导保持部件的外表面形成L形，且在光导保持部件的侧表面电连接到接合线。因此，接合操作通过布线的电极部分对光导保持部件的基材施加了应变。另一方面，为了降低制造光导保持部件的成本，可以有效地使用树脂作为基材用于多种产品。在这种情况下，由于基材是树脂，应力可能使基材发生应变从而使所述基材凹入。这使得难于获得稳定的接合，并且在最差的情况下，电极部分将应变而开路。
发明内容
根据本发明一方面，提供了用于保持光导的保持部件，包括：
部件，其具有第一表面和相邻于第一表面的第二表面、以及在所述第一表面上具有开口的通孔，所述通孔在主体中延伸，从而保持所述光导；以及
导电引线，每个具有一个和相对的末端，所述引线被埋在所述主体中，使得部分暴露在所述第一表面上，并且被设置在所述主体中，使得所述导电引线的相对末端暴露在所述第二表面上。
根据本发明另一方面，提供了一种光学模块，包括：
光导；
部件，其具有第一表面和相邻于第一表面的第二表面、以及具有在第一表面上的开口的通孔，所述通孔在所述主体中延伸，并且所述光导被保持在所述通孔中；
导电引线，其每个具有一个和相对的末端，所述引线被埋在所述主体中，具有在所述第一表面暴露的部分，并被设置在所述主体中，使得所述导电引线的所述相对末端被暴露在所述第二表面上；以及
光学半导体装置，其被安装在所述第一表面，且具有电连接到所述导电引线的暴露部分的电极。
附图说明
图1是示意示出根据本发明第一实施例的光导保持部件的透视图；
图2是示意示出引线框架的平面图，所述引线框架在制造光导保持部件的过程中被置于图1所示的光导保持部件中；
图3是示意示出图1中的引线框架的透视图；
图4是示意示出图1所示的光导保持部件的截面的透视图；
图5是示意示出根据本发明第二实施例的光学模块的透视图；
图6是示意示出一种配置结构的透视图，其中将图5所示的光学模块安装到安装板上；
图7是示出一种配置结构的截面图，其中将图5所示的光学模块实施为倒装芯片电路；
图8是示意示出根据本发明第三实施例的光导保持部件的透视图；
图9是示出图8所示的光导保持部件上的电极图形的平面图；
图10是示出图8所示的光导保持部件上的另一电极图形的平面图；
图11是示意示出根据本发明第四实施例的光导保持部件的透视图以及光导保持部件的局部放大图；
图12是示意示出根据本发明第五实施例的光导保持部件的截面图；以及
图13是示意示出图12所示的光导保持部件的截面图。
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明实施例的光导保持部件和光学模块。
(第一实施例)
图1是示意示出根据本发明的第一实施例的光导保持部件的透视图。
在图1中，标号1表示保持例如光纤的光导的部件。保持部件1具有形成于具有主表面即安装表面8和相对表面的矩形块中的主体。通孔2形成在主体上并且基本平行于主体地设置。保持孔2在主体的主表面8和相对表面上开孔。从相对表面上的开口将光导***通孔2，从而将光导分别保持在通孔2中。保持部件1还具有在主表面一侧埋在保持部件1的主体中的导电引线3。通孔2的开口4在主表面8上成行设置，且光导的端面位于主表面8的开口4中，从而光导的端面在主表面上成行设置。光导的末端被暴露出作为从开口4的光学输入或输出端口。光学装置被安装到安装表面8上。
通过在模具中注入例如环氧树脂的绝缘材料而形成光导保持部件1的主体，在所述环氧树脂中混合80％的约3至30微米尺寸的玻璃填料。每种导电引线3由例如Cu、Cu合金、42合金或铁镍合金材料的导电材料制成。导电引线3的表面镀层有选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或SnPb的材料的单层，或选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或SnPb的材料的组合的多层。
至少部分暴露导电引线3，以便在安装表面8上安装光学半导体装置。导电引线3电连接到光学半导体装置14。导电引线3优选包括可选地设置的信号线5和共用线7。从而，每个开口4和每个信号线5位于共用线7之间。信号线5用于引出高速信号，共用线7用于电源或接地。该结构减少信号线5之间的串扰。每个共用线7的相对端即切割面从各自的相邻于安装表面8的侧表面32暴露，以形成暴露部分31。每个信号线5的一端类似地形成暴露部分31。暴露部分31的表面可以被涂敷。涂敷材料由选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或SnPb的材料的单层制成，或由这些材料的组合的多层制成。
通过接合等将驱动光学半导体装置的驱动元件连接到线5和7的端部，所述端部从光导保持部件1的侧表面32暴露。通过凸起20将每个线7的从相对于侧表面32的另一个侧表面暴露的一端连接到安装板17。
该结构可以基本提供形成从安装表面8到侧表面32的正交布线，而不需要任何特定三维处理。从而光导保持部件1可以容易地在其表面即侧表面上平行于光导地安装。该结构还允许侧表面32接收由接合引起的在导电引线3的纵向上的应力。因此，可以建立稳定的三维电连接，其可以避免可能的开路或由于沉积基材引起的不适当的接合。
通过参考图2至4的以下描述的方法可以形成图1所示的结构。
在图2中，标号10表示由Cu构成的引线框。在引线框上形成导电引线3的图形。可以通过蚀刻或冲压形成导电引线3的图形。优选，通过蚀刻形成导电引线3的图形，其允许在引线框10的截面上容易地形成凹陷和凸起。在树脂的注入模制中，凹陷和凸起与树脂接合以提供强的固定功能。
通过横条将导电引线3即信号线5和共用线7在初始耦合在一起。在精细电极图形下，电极具有小宽度，从而难于确保图形的强度。从而，可以在精细电极图形的引线框10上优选提供辅助横条11，以闭合光导保持部件1，并且可以通过辅助横条11将信号线5和共用线7耦合在一起，以确保图形的强度，如图2所示。标号12表示用于引线框10的定位孔。图2示出了一个光导保持部件的图形。然而，在引线框10中，如图2所示，在上方和下方设置相似的图形，并耦合在一起，并且根据图形还可以设置另一个光导保持部件(未示出)。
如图2所示，用于光导保持部件1的模具与引线框10对齐，并将树脂注入模具。在该情况下，可以通过循环(loop)连续进行注入模制。在模制后，将引线框10固定到形成的光导保持部件1，如图3所示。从该结构切割引线框10成为光导保持部件1的外部形状，以制造一个光导保持部件1。然后抛光所述保持部件1的侧表面以除去毛刺、且用Au等涂敷所述结构，从而完成所述保持部件1。
图4示出光导保持部件1的截面结构。如图4所示，每个信号线5的一个切割表面从保持部件1的侧表面暴露。每个共用线7的两个切割表面从光导保持部件1的各个侧表面暴露。
紧邻光导保持部件1地从引线框10切割信号线5和共用线7。线5和7然后被抛光以除去毛刺。在该过程中，形成线5和7的导电引线3由不同于光导保持部件1的基材的材料制成。这导致对导电引线3和光导保持部件1的抛光速度的不同。从而抛光表面不是总是平坦的。另外，在抛光后进行涂敷，容易从侧表面突出电极即布线部分。从而，侧表面可以不平坦而代替地是倾斜的。这样，如果侧表面安装在安装板上，可以在光导保持部件1的侧表面上形成优选约50微米高度的台阶(未示出)。然后，在具有台阶的部件中，可以抛光侧表面的下部，且侧表面的其它部分保持平坦以作为安装表面。
从而，根据本实施例，仅仅通过在光导保持部件1的主表面即安装表面8上埋入导电引线3，便可以实现一种经济的结构，其允许直接组装光学半导体装置。该结构消除了三维布线的需要，其中，导电引线从安装表面8延伸到侧表面32，在所述侧表面上，安装光学半导体装置。也就是说，该结构允许仅仅通过将直线导电引线3埋入安装表面8中，并将引线末端从侧表面32暴露，便可以在侧表面32上提供用于电极引出的电极片。从而，可以低成本地将光纤安装成平行于安装表面，而不需要任何特定的处理。
该结构允许在导电引线3的纵向接收由于接合导致的在侧表面32上的应力。这提供了稳定的三维电连接，其可以避免可能的开路或由基材的沉积导致的不适当的接合。
(第二实施例)
图5为示意示出根据本发明第二实施例的光学模块的透视图。在描述根据第二实施例的光学模块中，与图1所示元件相同的元件用相同的标号表示。在此省略对其的详细描述。
光导保持部件1具有类似于第一实施例的结构。通过导电引线3即信号线5和共用线7上的扭扣凸起(未示出)将光学半导体装置14安装到光导保持部件1的安装表面8上，使得光敏发光表面相对于开口4。然后将例如光纤15的光导固定地***保持孔2以形成光学模块16。该结构不需要从安装表面8到侧表面32三维地布线所述导电引线，在所述结构上安装光学半导体装置。也就是说，该结构允许仅仅通过将直线导电引线3埋入安装表面并将引线末端从侧表面32暴露，便可以在侧表面32上提供用于电极引出的电极片。从而，可以获得这样的光学模块，其中低成本地将光纤安装为平行于安装表面，而不需要任何特定的处理。
该结构允许在导电引线3的纵向接收由于接合导致的在侧表面32上的应力。这建立了这样的三维电连接，其可以避免可能的开路或由基材的沉积导致的不适当的接合。
图6是示出其中在安装板上安装如图5所示的光学模块的组件的透视图。如图5所示的光学模块16被组装在安装板17上。利用从光学模块16的侧表面暴露的引线作为电极片，通过Au线20等将光学模块16电连接到驱动IC 18上的电极片19上，所述IC 18与光学模块16紧邻放置。该配置产生与所形成的三维正交布线相同的效果。从而可以形成小而低成本的光学组件。
图7示出倒装芯片实施结构的实例，其允许最小化布线长度以处理高速信号。在安装板17上形成布线40，并且每个部件连接到布线40。换句话说，通过利用凸起42将导电引线3的末端表面连接到布线40安装如图5所示的光学模块16；从光学模块16的侧表面暴露导电引线3。通过凸起43将光学半导体装置14预先安装到导电引线3上。驱动IC18同样通过利用凸起41连接到布线40而安装。
该配置允许减少模拟信号在装置驱动IC18和光学半导体装置14之间流通的路径长度。该配置从而可以处理更快的信号。
(第三实施例)
图8是示意示出根据本发明第三实施例的光导保持部件的透视图。在根据第三实施例的光学模块的描述中，与图1所示的元件相同的元件用相同的标号表示。在此省略对其的详细描述。
在图8中，标号1表示光导保持部件，其具有用于光导和导电引线3的保持孔2、以及安装表面8上的开口4，从其暴露光导的输入或输出端。通过将环氧树脂注入到模具中而形成光导保持部件1。导电引线3由导电部件例如Cu过程，并且其表面镀有例如Au或SnAg的焊料。导电引线3至少部分暴露，以允许将光学半导体装置安装到安装表面8上。导电引线3包括交替设置的信号线5和共用线7；信号线5用于引出高速信号，而共用线7用于电源或接地。
该结构类似于第一实施例的结构，不同在于，在安装表面8上设置虚设线6。每个信号线5和对应的虚设线6相对于安装表面8上的相应开口4基本对称地设置。换句话说，虚设线6经由开口4相对于信号线5形成。每个共用线7安装为，使得在垂直方向即短边方向穿过安装表面8。换句话说，共用线7相对于开口4基本对称地置于安装表面8上。
本实施例的结构与第一实施例基本相同，不同在于，提供了虚设线6，其改善了相对于开口4的导电引线3的对称性。从而，本实施例不仅获得类似于第一实施例的效果，还由于导电引线的配置而具有以下效果。
在形成光导保持部件1的热处理中，由于光导保持部件1的基材与导电引线3的金属之间的热膨胀系数的差异，而导致应力。第二实施例可以使主表面8中的应力对称，所述主表面垂直于用于光导的保持孔2的轴向。该结构从而使保持孔2的变形轴向对称，从而允许最小化表面8中的每个保持孔2的中心轴的相对位置的偏移。每个保持孔2的几何变形也是轴对称的。有利的是，这大大简化了用于由应力导致的变形的设计。
可选的是，可以将电线5、6和7的接近开口4的部分形成为开口4的形状的圆弧形，使得从开口4的边缘到电线5、6和7的距离尽可能相等，如图9所示。当信号线5和虚设线6相比于共用线7延伸到更接近开口4的区域时，使用下面的配置以进一步改善的布线的对称性：从每个共用线引出线23，以使从开口4到信号线5、虚设线6和共用线7的距离相等，如图9所示。该配置在热处理中改善应力分布的垂直和横向的对称性。这使得可以进一步抑制由保持孔2的应变导致的外部形状的变形。
如果信号线5和虚设线6相比于共用线7距离开口4更远，每个共用线7可以局部如图10所示凹陷。该配置也在热处理中改善了应力分布的垂直和横向对称性。这使得可以进一步抑制由于保持孔2的应变导致的外部形状的变形。
(第四实施例)
图11是示出根据本发明第四实施例的光导保持部件的透视图、以及光导保持部件的局部放大图。在对根据本发明的第四实施例的光学模块的描述中，通过相同的标号表示与图1所示相同的元件。其详细描述在此省略。
每个导电引线的宽度趋于与导电引线间距一致地减少。从而，当将导电引线埋在光导保持部件1中时，该结构容易减少接触保持部件1的基材的导电引线的面积。这使得在主表面的法线方向的张力强度不够。从而，将导电引线的截面形成为多边形代替简单的矩形，以增加在主表面的法线方向上的张力强度。
具体是，如图11所示，导电引线的截面形成为，使得导电引线从主表面暴露的部分比导电引线埋在光导保持部件1中的部分窄。换句话说，沿主表面的导电引线3(线5和7)的截面形状为，导电引线3的深埋部分比埋入表面部分宽。
在该结构中，将导电引线3的暴露部分31形成为内部更宽，从而允许在主表面的法线方向上的张力强度增加。这使得可以防止导电引线3滑出光导保持部件1，从而提高了可靠性。通过在形成如图2所示的具有导电引线3的引线框架期间，通过双面蚀刻容易形成上述截面形状。
(第五实施例)
图12是示出根据本发明第五实施例的光导保持部件的透视图。在对根据第三实施例的光学模块的描述中，用相同的标号表示与图1相同的元件，其详细描述在其省略。
如图12所示的光导保持部件具有类似于第一实施例的基本结构。在本实施例中，导电引线3具有对应于引线的纵向部分的凹陷部分33。在该结构中，凹陷部分33与光导保持部件1的基材咬合。这使得可以增加在平行于主表面的方向上的张力强度。该结构可以通过在形成导电引线3期间局部半蚀刻而容易地形成。
导电引线3的凹陷部分可以从主表面暴露，在所述表面上如图13设置保持孔2的开口4。在该情况下，从主表面8部分暴露的导电引线3可以形成图形。然后，将该图形与光学半导体装置的接合图形对准，而不需要在暴露部分以外的部分用焊料涂敷所述整个导电引线。这使得可以防止例如芯片错位或由移动焊料导致的短路的故障。
(变型)
本发明并不限于上述实施例。在所述实施例中，导电引线的切割表面与相邻于安装表面的侧表面齐平。然而，导电引线可以从侧表面伸出。在所述实施例中，使用光纤用作光导。然而，可以使用光波导。并且，可以根据规格的需要改变光导保持部件的基材、电线的材料等。
根据本发明，将导电引线埋入光导保持部件的第一表面即安装表面中，在所述表面上定位每个保持孔的开口中的一个。导电引线的末端从相邻于第一表面的第二表面暴露。这使得在第二表面上提供用于电极引出的电极片，而不需要形成三维布线。因此，可以将光学半导体装置与例如光纤的光导直接经济地光学耦合。这使得可以容易在光学模块及其安装板之间建立三维电连接。
因此，如上所述，根据光导保持部件和利用该光导保持部件的光学模块，可以将光学半导体装置与例如光纤的光导直接经济地光学耦合。这使得可以稳定并容易地在光学元件安装表面和板安装表面之间形成三维布线。该光纤还可以设置为与安装板平行。
本领域技术人员将容易想到其它优点和修改，从而，本发明的更宽的方面不限于本文所示和所描述的具体细节和代表实施例中。因此，在不偏离由所附权利要求书及其等同物限定的本发明总构思的精神和范围下，可以进行各种修改。

Claims (17)

1.一种保持部件，用于保持光导(15)，其特征在于，包括：
部件(1)，其具有第一表面和相邻于所述第一表面的第二表面、以及在所述第一表面上具有开口(4)的通孔(2)，所述通孔(2)在所述主体中延伸，从而保持所述光导(15)；以及
导电引线(5，7)，其每个具有一个末端和相对的末端，所述导电引线(5，7)被埋在所述主体中以使得其部分暴露在所述第一表面上，并且所述导电引线(5，7)被设置在所述主体中，使得所述导电引线的所述相对末端暴露在所述第二表面上。
2.根据权利要求1的保持部件，其特征在于，所述导电引线(5，7)的所述相对末端被形成为连接点以连接到外部装置。
3.根据权利要求1的保持部件，其特征在于，在所述第一表面上暴露的所述导电引线(5，7)的部分以及在所述第二表面上暴露的所述相对末端都镀有金属。
4.根据权利要求2的保持部件，其特征在于，在所述第一表面上暴露的所述导电引线(5，7)的部分以及在所述第二表面上暴露的所述相对末端都镀有金属。
5.根据权利要求1的保持部件，其特征在于，所述主体由具有玻璃填料的树脂材料制成，所述导电引线(5，7)包括Cu、Cu合金、42合金或者因伐合金材料，以及所述金属镀层包括由主要选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或者SnPb的材料制成的单层、或者包括由主要选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或者SnPb的材料的组合制成的多层。
6.如权利要求1的保持部件，其特征在于，所述开口(4)具有中心，且所述导电引线(5，7)被设置为相对于所述开口(4)的中心点对称。
7.如权利要求1的保持部件，其特征在于，所述导电引线(5，7)在平行于所述第二表面的截面中具有在所述第一表面上的暴露部分的第一宽度、和平行于所述第一宽度的方向的第二宽度，所述第二宽度宽于所述第一宽度。
8.根据权利要求1的保持部件，其特征在于，所述导电引线(5，7)具有被埋在所述主体中的凹陷部分。
9.一种光学模块，其特征在于，包括：
光导(15)；
部件(1)，其具有第一表面和相邻于所述第一表面的第二表面、以及具有在所述第一表面上的开口(4)的通孔(2)，所述通孔(2)在所述主体(1)中延伸，并且所述光导被保持在所述通孔(2)中；
导电引线(5，7)，其每个具有一个末端和相对的末端，所述导电引线(5，7)被埋在所述主体(1)中，且具有在所述第一表面暴露的部分，并且所述导电引线(5，7)被设置在所述主体(1)中，使得所述导电引线(5，7)的所述相对末端被暴露在所述第二表面上；以及
光学半导体装置(14)，其被安装在所述第一表面上，且具有电连接到所述导电引线(5，7)的暴露部分的电极。
10.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，还包括驱动IC或者接收器IC(18)，其驱动所述光学半导体装置(14)或者接收所述光学半导体装置(14)的输出，所述光学半导体装置(14)电连接所述导电引线(5，7)的相对末端。
11.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，还包括其它光导(15)，其中所述主体(1)具有其它通孔(2)，每个所述通孔(2)具有在所述第一表面上的开口(4)，所述其它通孔(2)在所述主体(1)中延伸，并且所述其它光导(15)被分别保持在所述其它通孔(2)中。
12.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，所述导电引线(5，7)的相对末端被形成为将连接到外部装置的接点。
13.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，在所述第一表面上暴露的所述导电引线(5，7)的部分和在所述第二表面上暴露的所述相对末端都镀有金属。
14.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，所述主体(1)由具有玻璃填料的树脂材料制成，所述导电引线包括Cu、Cu合金、42合金、或者因伐合金材料，以及所述金属镀层包括由主要选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或者SnPb的材料制成的单层、或者包括由主要选自于Ni、Au、AgSn、AuSn、SnAgCu、SnZnBi、SnAgIn、SnBiAg或者SnPb的材料的组合制成的多层。
15.如权利要求9的光学模块，其特征在于，所述开口(4)具有中心，且所述导电引线(5，7)被设置为相对于所述开口(4)的中心点对称。
16.如权利要求9的光学模块，其特征在于，所述导电引线(5，7)在平行于所述第二表面的截面中具有在所述第一表面上的暴露部分的第一宽度、和平行于所述第一宽度的方向的第二宽度，所述第二宽度宽于所述第一宽度。
17.根据权利要求9的光学模块，其特征在于，所述导电引线(5，7)具有被埋在所述主体中的凹陷部分。
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