专利名称：采用can封装的光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光通信的光学模块，并且特别涉及采用CAN封装的光学模块。
背景技术：
用于光通信的光收发器，诸如10吉比特(gigabit)小形状因数可插入(XFP)光收发器，通常包括采用CAN封装的光学模块。该光学模块为同轴型，并且允许光通信的高速发送和/或接收。光收发器将光信号转换成电信号和/或将电信号转换成光信号。CAN封装是具有气密性的基本封装之一，并且通常用作压缩盘驱动器(CDD)中安装的激光二极管的封装。
图1A示出了作为光收发器例子的光收发器100的侧视图。光收发器100具有光学模块101、安装板105和柔性印刷基板104。光学模块101为同轴型，并且允许光通信的高速发送和/或接收。光学模块101包括杆部分121、帽122和连接到光纤电缆的一端的连接器123。杆部分121包括杆103和引线102。帽122的一侧通过电阻焊接固定到杆103的前端，使得帽122覆盖杆103的前表面131。连接器123被附加到帽122的相反一侧。帽122和杆103形成了光学模块101的CAN封装。CAN封装是气密封装。
图1B和图1C示出了在光学模块101被构造为接收器的情况下杆部分121的构造。图1B示出了杆部分121的正视图。图1C示出了杆部分121的剖面图。如图1B和图1C所示，杆部分121包括芯片部件106、光接收元件107、前置放大器108和焊线109。在前表面131上安装芯片部件106、光接收元件107和前置放大器108。杆103具有从杆103的前表面131到后表面132穿透杆103的孔和内部圆柱表面，每个内部圆柱表面围绕每个孔。每条引线102延伸通过每个孔，从而在引线102与围绕孔的内部圆柱表面之间存在间隙110。间隙110被用于密封间隙110的密封玻璃完全地填充。每条引线102具有从前表面131突出到CAN封装内部的第一端和从后表面132突出到CAN封装外部的第二端。焊线109连接芯片部件106、光接收元件107、前置放大器108和引线102的第一端。引线102的第二端通过柔性印刷基板104上的线被连接到安装板105上的电路。
图1C中的方框指示杆部分121中的区域124。区域124包括被密封玻璃填充的间隙110、被间隙110围绕的引线2的中间部分和围绕间隙110的杆103的间隙围绕部分。引线102的中间部分位于引线102的第一端与第二端之间。如图1D所示，区域124被认为是同轴线111。同轴线111是区域124的等效电路模型。被密封玻璃完全填充的间隙110对应于同轴线111的内部导体与外部导体之间的电介质。引线102的中间部分对应于同轴线111的内部导体。杆103的间隙围绕部分对应于同轴线111的外部导体。这样，同轴线111中的电介质的介电常数εr(111)等于玻璃的介电常数。这样，通过下列公式来表示同轴线111的特性阻抗Z0(111)Z0(111)=138×Log(a/b)ϵr(111)---(1)]]>其中a是同轴线111的内径(引线102的直径)。
b是同轴线111的外径(填充间隙110的密封玻璃的外径)。
εr(111)是同轴线111中的电介质的介电常数。
当在同轴线111中传送的信号的频率大约是10GHz时，公式(1)是适用的。
术语“介电常数”表示相对介电常数。
下面描述光收发器100的操作。光接收元件107通过帽122接收光信号、将光信号转换成电信号并且将电信号输出到前置放大器108。前置放大器108放大电信号并且通过多个区域124和柔性印刷基板104上的各线，将作为高频信号的放大的电信号输出到安装板105上的电路。
需要光收发器100具有能够以10GBps或更大的比特率进行高比特率传送的高频特性。在此，光收发器100可被认为具有两个电路。第一电路包括芯片部件106、光接收元件107、前置放大器108、焊线109和多个区域124。第二电路包括在柔性印刷基板104上的各线和在安装板105上的电路。为了实现高频特性，重要的是实现两个电路之间的阻抗匹配并抑制寄生电感。通过调节区域124的阻抗，可实现阻抗匹配。通过将焊线109设定得较短，可抑制由连接前置放大器108与引线102的第一端之一的焊线109之一引起的寄生电感。为了连接前置放大器108与引线102的第一端，当外径b较大时，需要焊线109的长度较长。
为了使光收发器100小型化，需要光学模块101具有小的尺寸。通过将杆103的直径c设定得小，可得到小尺寸的光学模块101。通过将外径b设定得小，可得到小的直径c。需要较小的外径b以保留较广的面积用于在前表面131上安装芯片部件106。
下面描述涉及本发明的一些传统技术。
日本未决专利申请(JP-P2001-298217A)公开了一种光学模块。设计该光学模块，使得在主体中放置柔性印刷基板和两块加强板，并且10根引脚(lead pin)从柔性印刷基板延伸到主体外部，其中柔性印刷基板包括光接收元件、光发射元件、与光接收有关的电子元件和与光发射有关的电子元件。在柔性印刷基板的第一部分上放置与光接收有关的电子元件，并且在柔性印刷基板的第二部分上放置与光发射有关的电子元件。在主体中放置柔性印刷基板和两块加强板，使得柔性印刷基板弯曲，以使第一部分和第二部分分层，并且将加强板插入到分层部分之间的间隙。
日本未决专利申请(JP-P2003-332667A)公开了一种半导体激光模块。玻璃密封部分用于密封穿过在半导体激光二极管的杆基座中形成的穿透孔的引脚，该玻璃密封部分的阻抗通过调节其尺寸被调节为预定的阻抗。由于电阻元件串连连接到安装在杆基座上的激光二极管，因此实现了与玻璃密封部分的阻抗匹配。并且，在引脚与激光二极管之间放置具有传送线的连接构件。通过调节传送线的形状和性能来实现与玻璃密封部分的阻抗匹配。
日本未决专利申请(JP-P2004-311923A)公开了一种光学半导体元件封装。该光学半导体元件封装包括杆和信号提供引线端。杆具有前表面和后表面。在杆中形成了穿透孔，以从前表面到后表面穿透杆。信号提供引线端穿过穿透孔，使得信号提供引线端通过穿透孔和信号提供引线之间的绝缘体与穿透孔绝缘。信号提供引线具有置于穿透孔中的第一部分和从前表面突出的第二部分。然后，为了减少由穿透孔、绝缘体和第一部分组成的传送线的特性阻抗与由第二部分组成的传送线的特性阻抗之间的差，紧邻第二部分安装了接地导体。
日本未决专利申请(JP-P2005-12224A)公开了一种采用TO-Can结构的光接收模块。采用TO-Can结构的光接收模块的特征在于其包括形成一杆，孔在该杆的两个表面之间穿过该杆；以及光电二极管，其位于杆的前表面上，并且将在前表面处输入的光信号转换成电流，该光接收模块还包括转移阻抗放大器、信号引线、接地引线和波导。转移阻抗放大器位于杆的前表面，并且将从光电二极管输出的电流转换成相位彼此相反的高频信号，并且放大所述高频信号，然后通过各输出端将放大的信号输出到外部。每条信号引线穿过每个孔。信号引线将放大的信号输出到外部。杆通过从杆的背部延伸的接地引线，接地到光接收模块的外部。波导被固定到杆的前表面的预定位置，以便在转移阻抗放大器与引线之间实现阻抗匹配，并且通过相应的电气线路，将从转移阻抗放大器的各输出端输出的放大信号分别传送到各引线。
发明内容
现在已经发现，在图1A到图1D所示结构的情况中，当使用公式(1)来设计光学模块101时，外径b(填充间隙110的密封玻璃的外径)应该较大。大的外径b引起下列问题不能满足光学模块101的小型化，不能抑制寄生电感，以及不能保留足够的面积用于在前表面131上安装芯片部件106。
例如，在理想的特性阻抗Z0(11)设定为50Ω以实现阻抗匹配的情况中，如果假定εr(111)＝4.1(可保持气密特性的现有玻璃的介电常数当中的最小介电常数)并且a＝0.3mm(可达到引线102的强度的最小直径)时，则b应当为1.35mm。换句话说，使用公式(1)，为了实现阻抗匹配，仅有三个参数a，b和εr(111)可调节。这样，在试图减少外径b时存在限制。
本发明的一个方面，一种采用CAN封装的光学模块包括杆和引线。杆具有穿过杆的孔和围绕孔的内部圆柱表面。引线延伸通过孔，从而在引线与内部圆柱表面之间存在间隙。该间隙包括沿着孔的纵向方向排列的第一部分和第二部分。第一部分被作为电介质的密封材料填充。第二部分被空气填充。
在如此构造的光学模块中，包括引线、间隙和杆的间隙围绕部分的区域可被认为是同轴线。引线、间隙和杆的间隙围绕部分分别对应于同轴线的内部导体、电介质和外部导体。该同轴线具有串连连接的一条同轴线和另一条同轴线。间隙的第一部分对应于所述一条同轴线的电介质。间隙的第二部分对应于另一条同轴线的电介质。调节该区域的阻抗可实现两个电路之间的阻抗匹配。两个电路之一包括引线。两个电路的另一个连接到引线。因此，该密封材料的外径可小于传统结构中密封材料的外径下限，同时实现阻抗匹配，并且同时将引线的直径设定为足够大以保持引线的强度。阻抗匹配导致高频特性，这使得来自或者传送到光学模块的信号能够进行高比特率传送。密封材料的小外径导致光学模块的小型化并保留用于在杆上安装电子元件的面积。
结合附图，通过下列描述，本发明的上述和其它目的、优点与特性将更加明显，其中图1A示出了传统光收发器的侧视图；图1B示出了作为图1A中的光收发器的组件的光学模块的杆部分的正视图；图1C示出了图1B中的杆部分的剖面图；图1D示出了由图1C中的方框指示的区域的等效电路模型；图2A示出了根据本发明的实施例的光收发器的侧视图；图2B示出了作为图2A中的光收发器的组件的光学模块的杆部分的正视图；图2C示出了图2B中的杆部分的剖面图；以及图2D示出了由图2C中的方框指示的区域的等效电路模型。
具体实施例方式
现在将参照示范的实施例在此描述本发明。本领域的技术人员应当知道使用本发明的讲述可实现许多可选实施例，并且本发明不限于用于说明目的的示范实施例。
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
图2A示出了根据本发明的实施例的光收发器30的侧视图。光收发器30包括光学模块1、安装板5和柔性印刷基板4。光学模块1为同轴型，并且能够进行光通信的高速传送和/或接收。光学模块1包括杆部分21、帽22和连接到光纤电缆的一端的连接器23。杆部分21包括杆3和引线2。帽22的一侧通过电阻焊接被固定到杆3的前端，使得帽22覆盖杆3的前表面31。连接器23被附加到帽22的相反一侧。帽22和杆3形成了光学模块1的CAN封装。CAN封装是气密封装。
图2B和图2C示出了在光学模块1被构造为接收器的情况中杆部分21的构造。图2B示出了杆部分21的正视图。图2C示出了杆部分21的剖面图。如图2B和图2C所示，杆部分21包括芯片部件6、光接收元件7、前置放大器8和焊线9。在前表面31上安装芯片部件6、光接收元件7和前置放大器8。杆3具有从杆3的前表面31穿过杆3到后表面32的孔以及内部圆柱表面，每个内部圆柱表面围绕每个孔。每条引线102延伸通过每个孔，从而在引线102和围绕该孔的内部圆柱表面之间存在间隙10。换句话说，引线2在孔中沿着孔延伸的方向延伸。密封玻璃部分地填充间隙10以密封间隙10。每条引线2具有从前表面31突出到CAN封装的内部的第一端和从后表面32突出到CAN封装的外部的第二端。焊线9在芯片部件6、光接收元件7、前置放大器8和引线2的第一端之间进行连接。引线2的第二端通过柔性印刷基板4上的线被连接到安装板5上的电路。间隙10包括两个部分11和12。间隙10的第一部分11被密封玻璃填充。间隙10的第二部分12中不存在密封玻璃。换句话说，第二部分12被空气填充。第一部分11和第二部分12沿着孔的纵向方向排列。第一部分11与后表面32相邻，并且第二部分12与前表面31相邻。由于第二部分12被置于CAN封装的内部，因此可防止水通过间隙10侵入到CAN封装的内部。
通过减少提供到间隙10的玻璃的量和通过构造用于填充间隙10的合适的工具，可容易地形成部分地填充间隙10的密封玻璃。如果第一部分11的长度是杆3的高度(前表面31与后表面32之间的距离)的80％或更多，也就是说，间隙10的80％或更多被密封玻璃填充，则可得到气密性而不出现任何错误。因此，类似于传统结构的情况，可得到光学模块1的稳定的生产率和可靠性。换句话说，第二部分12的长度可优选地为杆3的高度的20％或更少。因此，沿着孔的纵向方向的第一部分11的长度优选地为沿着纵向方向的孔的长度的80％或更多，并且少于沿着纵向方向的孔的长度的100％。
图2C中的方框指示杆部分21中的区域24。区域24包括被密封玻璃部分地填充的间隙10、被间隙10围绕的引线2的中间部分和围绕间隙10的杆3的间隙围绕部分。在引线2的第一端与第二端之间放置引线2的中间部分。引线2的中间部分包括被第一部分11围绕的第一中间部分和被第二部分12围绕的第二中间部分。杆3的间隙围绕部分包括杆3的第一间隙围绕部分和第二间隙围绕部分。杆3的第一间隙围绕部分围绕第一部分11。杆3的第二间隙围绕部分围绕第二部分12。引线2的第一中间部分、第一部分11和杆3的第一间隙围绕部分组成低阻抗元件。引线2的第二中间部分、第二部分12和杆3的第二间隙围绕部分组成高阻抗元件。如图2D所示，区域24可被认为是同轴线14，其具有串联连接的不同的同轴线15和同轴线16。同轴线14是区域24的等效电路模型。同轴线15对应于低阻抗元件。同轴线16对应于高阻抗元件。第一部分11对应于同轴线15的内部导体与外部导体之间的电介质。引线2的第一中间部分和杆3的第一间隙围绕部分分别对应于同轴线15的内部导体和外部导体。第二部分12对应于同轴线16的内部导体与外部导体之间的电介质。引线2的第二中间部分和杆3的第二间隙围绕部分分别对应于同轴线16的内部导体和外部导体。同轴线15中的电介质的介电常数εr(15)等于玻璃的介电常数。同轴线16中的电介质的介电常数εr(16)等于空气的介电常数。这样，通过下列公式来表示同轴线15的特性阻抗Z0(15)和同轴线16的特性阻抗Z0(16)
Z0(15)=138×log(d/e)ϵr(15)---(2)]]>Z0(16)=138×log(d/e)ϵr(16)---(3)]]>其中，d是同轴线15和16的公共内径(引线2的直径)。
e是同轴线15和16的公共外径(填充第一部分11的密封玻璃的外径)。
εr(15)和εr(16)分别是同轴线15和16中的电介质的介电常数。
当在同轴线15和16中传送的信号频率大约为10GHz时，公式(2)和(3)是适用的。
下面描述光收发器30的操作。光接收元件7接收光信号、将光信号转换成电信号并且将电信号输出到前置放大器8。前置放大器8放大电信号并且通过多个区域24和柔性印刷基板4上的各线，将作为高频信号的放大的电信号输出到安装板5上的电路。换句话说，光接收元件7被构造为通过帽22接收光信号、将光信号转换成电信号，并且通过引线2的第二端将电信号输出到安装板5上的电路。
需要光收发器30具有能够以10GBps或更大的比特率进行高比特率传送的高频特性。此时，光收发器30可被认为具有两个电路。第一电路包括芯片部件6、光接收元件7、前置放大器8、焊线9和多个区域24。第二电路包括在柔性印刷基板4上的各线和在安装板5上的电路。为了实现高频特性，重要的是实现两个电路之间的阻抗匹配和抑制寄生电感。通过调节区域24的阻抗，可实现阻抗匹配。通过将焊线9设定得较短，可抑制由连接前置放大器8和引线2的第一端之一的焊线9之一引起的寄生电感。为了连接前置放大器8和引线2的第一端，当外径e较大时，需要焊线9的长度较长。
为了使光收发器30小型化，需要光学模块1具有小的尺寸。通过将杆3的直径f设定得小，可得到小尺寸的光学模块1。通过将外径e设定得小，可得到小的直径f。需要较小的外径e，以保留更广的面积用于在前表面31上安装芯片部件6。
在根据本发明的实施例的结构的情况中，采用了这样一种方法，该方法通过调节其中低阻抗元件与高阻抗元件彼此相邻的区域24的阻抗来实施阻抗匹配。因此，可扩大外径e(填充第一部分11的密封玻璃的外径)的选择范围。也就是说，外径e可小于传统结构中的外径的下限，同时实现阻抗匹配，并且同时将引线2的直径d设定得足够大以保持引线2的强度。
例如，当介电常数εr(15)和εr(16)分别假设为4.1(在可保持气密性的现有玻璃的介电常数当中的最小介电常数)和1.0(空气的介电常数)时，并且当直径d和e分别设定在0.3mm和0.75mm时，从公式(2)和公式(3)得到阻抗Z0(15)和阻抗Z0(16)分别是35Ω和71.2Ω。
在根据本发明的实施例的结构中，外径e可较小，这有助于杆3的小型化。这导致光学模块1的小型化和光收发器30的小型化。
小的外径e还能够扩大用于在前表面31上安装芯片部件6的面积。
当外径e较小时，前置放大器8的位置可靠近通过焊线9之一连接到前置放大器8的引线2的第一端。这样，该焊线9的长度可短于传统结构中的焊线的长度。焊线9的较短长度导致了抑制由焊线9引起的寄生电感。因此，高频特性能够比传统结构的高频特性更好。
顺便提及，作为电介质的其它密封材料可代替填充第一部分11的密封玻璃。当光学模块1被构造为发送器时，用诸如激光二极管的光发射元件(图中没有示出)代替光接收元件7和前置放大器8。光发射元件被构造成通过引线2的第二端从安装板5上的电路接收电信号、将电信号转换成光信号并且通过帽22输出光信号。
在图2C的情况中，第一部分11与后表面32相邻，并且第二部分12与前表面31相邻。在另一种情况中，可与前表面31相邻地放置第一部分11，并且可与后表面相邻地放置第二部分12。在又一种情况中，间隙10可包括第一部分、第二部分和第三部分。第一部分被密封玻璃填充。第二部分和第三部分被空气填充。在该例子中，以此顺序沿着孔的纵向方向排列第二部分、第一部分和第三部分。与前表面31相邻地放置第二部分，与后表面32相邻地放置第三部分，并且在第二部分和第三部分之间放置第一部分。
在所述另一种情况中，区域24可被认为是具有串连连接的同轴线15和16的同轴线。在所述又一种情况中，区域24可被认为是具有串连连接的一条同轴线15和两条同轴线16的同轴线。这样，在所述另一种和又一种情况中，根据本发明的实施例的效果和图2C的情况的效果相同。
显然，本发明不限于上述实施例，但是在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对其进行修改和改变。
权利要求
1.一种采用CAN封装的光学模块，包括杆，其具有穿过所述杆的孔和围绕所述孔的内部圆柱表面；以及引线，其延伸通过所述孔，从而在所述引线与所述内部圆柱表面之间存在间隙，其中所述间隙包括沿着所述孔的纵向方向排列的第一部分和第二部分，并且其中所述第一部分被作为电介质的密封材料填充，并且所述第二部分被空气填充。
2.如权利要求1所述的光学模块，其中所述引线、所述间隙和所述杆分别是同轴线的内部导体、电介质和外部导体。
3.如权利要求1所述的光学模块，其中所述密封材料是玻璃。
4.如权利要求1所述的光学模块，其中沿着所述纵向方向的所述第一部分的长度是沿着所述纵向方向的所述孔的长度的80％或更多并且少于100％。
5.如权利要求1所述的光学模块，其中所述间隙还包括被空气填充的第三部分，并且其中所述第二部分、所述第一部分和所述第三部分以此顺序沿着所述纵向方向排列。
6.如权利要求1所述的光学模块，还包括芯片部件，其中所述杆具有前表面和后表面，其中所述孔从所述前表面到所述后表面穿过所述杆，并且其中在所述前表面上安装所述芯片部件。
7.如权利要求1所述的光学模块，还包括前置放大器；以及焊线，其中所述杆具有前表面和后表面，其中所述孔从所述前表面到所述后表面穿过所述杆，其中在所述前表面上安装所述前置放大器，并且其中所述焊线连接引线和前置放大器。
8.如权利要求1所述的光学模块，还包括帽，其中所述杆具有前表面和后表面，其中所述孔从所述前表面到所述后表面穿过所述杆，其中所述帽覆盖所述前表面，并且其中与所述后表面相邻地放置所述第一部分，并且与所述前表面相邻地放置所述第二部分。
9.如权利要求1所述的光学模块，还包括帽；光接收元件，其中所述杆具有前表面和后表面，其中所述孔从所述前表面到所述后表面穿过所述杆，其中所述帽覆盖所述前表面，其中在所述前表面上安装所述光接收元件，其中所述引线具有从所述前表面突出的第一端和从所述后表面突出的第二端，其中所述第一端电连接到所述光接收元件，并且其中所述光接收元件通过所述帽接收光信号、将所述光信号转换成电信号并且通过所述第二端输出所述电信号。
10.一种光学模块，包括第一同轴线，其包括第一内部导体、第一外部导体和在所述第一内部导体与所述第一外部导体之间的第一电介质；第二同轴线，其包括第二内部导体、第二外部导体和所述第二内部导体与所述第二外部导体之间的第二电介质，其中所述第一同轴线和所述第二同轴线串连连接，并且其中所述第一电介质是玻璃并且所述第二电介质是空气。
全文摘要
一种采用CAN封装的光学模块包括杆(3)和引线(2)。杆具有穿过杆(3)的孔和围绕该孔的内部圆柱表面。引线(2)延伸通过孔，从而在引线(2)与内部圆柱表面之间存在间隙(10)。该间隙(10)包括沿着孔的纵向方向排列的第一部分(11)和第二部分(12)。第一部分(11)被作为电介质的密封材料填充。第二部分(12)被空气填充。
文档编号H04B10/14GK1936636SQ20061015407
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者御田村和宏 申请人:恩益禧电子股份有限公司