专利名称：光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学模块，更具体地，涉及一种小光学模块，其中简化了模块封装中的电线。
背景技术：
随着光学通讯系统市场的需求，需要光学通讯模块的尺寸小型化。另一方面，光学通讯模块趋向于多功能，并需要提供用于将各种器件电连接到封装外部的多根电线。因此，模块内的引线数量趋于增加。
作为满足上述需求的一种措施，一种方法是将包括在光学通讯模块的封装内的引线布置在特定位置。例如，如果引线仅仅布置在具有长方体形状的模块封装的一个侧壁上，当光学模块被安装到光学收发机上时，模块就可以布置在光学收发机的一端，从而改进每个器件布置的自由度或者电线设计的自由度。而且，由于引线仅从其一侧引出，因此对于模块尺寸减小是有利的。
日本专利公报No.2003-060281披露了一种可以表面安装的小发光元件模块及其制造方法。
但是，在引线仅形成在一侧的封装结构的情况下，光学模块封装中的电线变得复杂。由于在确定每个功能元件在封装中的布置时光学和组态限制是优先考虑的，因此难于提供简化形状的电线。
特别是，在相对于光轴不存在引线一侧具有多种电极的情况下，它们需要通过长的连线连接或者形成长的继电器盘。在这种结构中，制造工艺复杂，而且存在增加电线故障的可能性。
发明内容
为了解决上述问题，在本发明中，功能元件被安装在基座上，基座中形成内部电线，与电线连接的电极形成在安装功能元件的一侧。功能元件和设置在电线一端的电极彼此连接，引线的一端与设置在电线另一端的电极彼此连接。
根据本发明，提供一种光学模拟，它具有仅形成在一侧的引线，制造工艺简单，诸如电线断开的故障的可能性小。
下面结合
本发明的优选实施例。在附图中图1是根据本发明第一实施例的发光元件模块的侧视图和平面图；图2是根据本发明第一实施例的基座的侧视图和平面图；图3是根据本发明第二实施例的发光元件模块的侧视图和平面图；图4是根据本发明第三实施例的发光元件模块的侧视图和平面图；图5是根据本发明第四实施例的发光元件模块的侧视图和平面图；以及图6根据本发明第五实施例的收发机模块的侧视图和平面图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
首先，参考图1和2描述本发明第一实施例的发光元件模块。其中，图1显示了根据本发明第一实施例的发光元件模块，图1A是其侧视图，图1B是其平面图。并且，图2显示了第一实施例的基座，图2A是其侧视图，图2B是其平面图。此外，为了简化图，有些部分表示在平面图中，但未表示在侧视图中，反之亦然。这对于其它实施例也是如此，并且先前描述的内容将在其它实施例中不再描述。
在图1中，发光元件2是用于发出多种不同波长的元件，称之为可调谐激光二极管。发光元件2具有多个波导管(未图示)，用于发出宽范围波长的光；还具有与每个波导管对应的两个电极组21和22。电极形成在两侧，波导管处于它们之间。在发光元件2的前发光侧，多个波导管集成在一个波导管(未图示)中。
从发光元件2发出的光束由位于其前部的透镜301聚集，经过用于抑制朝发光元件2反射的光的隔离器302，耦合到光纤303中，以便被输送到模块外部。
发光元件模块100设计成，使得用于将电信号从具有长方体形状的模块封装1外部输入到其内部以及将电信号从其内部输出到外部的引线11穿过封装1一侧的壁1a。
发光元件2通过焊接安装到基座4上。基座4的前后表面分别形成金属化层(未图示)。通过使用金属化层，基座4通过焊接安装到热冷却器5，热冷却器5通过焊接固定在封装1的底部部分上。这里，焊接的成分(即，熔点)是利用连接顺序充分选择的。热冷却器5的作用是冷却其中由于发光而产生热量的发光元件2，并且用于通过改变发光元件2的温度控制振荡波长。
换言之，装有发光元件2的基座4作为发光元件2与热冷却器5之间的传热通道。因此，优选的是使用低热阻的构件作为基座4，以便有效地从发光元件2散发热量。在此实施例中，使用主要由AlN(氮化铝)组成的陶瓷基板，它是一种低热阻的绝缘材料。图2所示的基座4包括电线41，其中使用钨作为导线材料。电极组42的每个电极通过在电极正下方的通孔44、内部电线41和电极组43的电极正下方的通孔44电连接到电极组43的对应电极。而且，基座4具有台阶，以便与发光元件2、透镜301和隔离器302的光轴匹配。此台阶是通过层叠陶瓷板形成的。因此，如果在陶瓷板上形成导线，则可以仅通过在制造基座4的工艺中增加一个嵌入通孔的过程形成电线41。
参看图1，通过使用基座4，在发光元件2引线侧的电极组21可以直接导线连接到引线11上，在发光元件2的非引线侧(相对于光轴引线不引出引线的一侧)的电极组22可以导线连接到基座4的非常近的电极组43上。由于在发光元件2的非引线侧的电极组22通过基座4的内部电线41连接到最靠近引线11的基座4的电极组44，因此电极组44是导线连接到引线11上。从而可以在接合线的集中部分进行电连接，而不使用长的接合线。另外，由于传统上需要的用于散热的基座也具有电线的工农，因此不增加器件数量。
通过导线连接形成在发光元件2上的热敏电阻器12、热冷却器5的终端以及引线11，完成电线连接。这里，可以确认，尽管热冷却器5的终端与引线11之间的接合线长，但由于与其它电线的干扰小，因而没有问题。
本发明的发光元件模块100装有发光元件2，它具有与宽范围波长对应的多个波导管。由于多个波导管具有电线，因此波导管可以从外部选择，从而在宽范围内改变波长。而且，即使仅仅使用一个波导管，通过热敏电阻器12、热冷却器5和外部控制电路可以在窄范围内改变波长。因此，本发明的发光元件模块100可以高精度宽范围地改变波长。
根据本发明，可以得到其中引线仅从封装一侧伸出的小发光元件模块。
另外，作为基座4的材料，也可以使用除了AlN之外的材料，但优先使用低热阻的材料。作为替代AlN的适合材料，可以是SiC(碳化硅)、Si(硅)或氧化铝。另外，对于内部电线材料，如果不是具有非常高的电阻，也可以使用除钨以外的材料。
并且，对于光学结构，也可以使用此实施例以外的结构。例如，可以使用多个透镜，或者发光元件可以直接耦合到光纤，而不使用透镜。并且，如果可以避免反射光的影响，可以不使用隔离器。在本发明中，使用珀尔帖(Peltier)元件作为热冷却器。珀尔帖元件根据流动电流方向可变为加热器，并且当环境温度特别低时控制其执行加热。
在本发明中，作为发光元件模块的一个例子，使用金属壁型发光元件模块，其中引线穿过金属框架一侧上形成的孔，并且用玻璃气密封。但是，并不限于金属壁型。例如，可以使用场通过(field through)型发光元件模块，其中形成有电线的陶瓷基板结合到金属框架上。在这种情况下，形成在陶瓷基板上的电线是引线。对上述实施例的修改在其它实施例中是相同的。
接着，参考图3说明根据本发明第二实施例的发光元件模块。这里，图3显示了根据本发明第二实施例的发光元件模块，图3A是其侧视图，图3B是其平面图。
在图3中，利用焊接通过子装配基板3将发光元件2安装到基座4上。基座4通过焊接安装到热冷却器5上，热冷却器5通过焊接固定在封装1的底部部分。
第二实施例的发光元件模块100设计成在模块封装1的一侧1a具有引线11。此实施例的发光元件2是具有单一波长的激光二极管。在装到基座4上之前，发光元件2安装到子装配基板3上，用于评价发光元件2的发光特性。评估测试项目得到结果，当发光元件2出现问题时，必须将发光元件2从子装配基板3上分离。由此，优选地子装配基板3具有低热阻。而且，当考虑到从子装配基板3上不能分离发光元件2时，优选低价格的子装配基板3。并且，由于发光元件2装在其上面，子装配基板3的热膨胀系数应该接近于半导体的热膨胀系数。因此，在此实施例中，使用AlN作为子装配基板3。
子装配基板3装有热敏电阻12，用于监测发光元件2的温度。并且具有为发光元件2提供电信号的电线112。为了有效地将这些器件布置在子装配基板3上，优选的是，它们相对发光元件2的光轴是对称布置的。在此实施例中，热敏电阻12布置在非引线一侧。
作为基座4，与第一实施例类似，使用主要由AlN组成的元件，以便有效地从发光元件2散发热量。基座4中具有电线41，其中使用钨作为电线材料。引线一侧的电极组42的电极以及非引线一侧的电极组43的电极通过形成在基座4中的电线41彼此电连接。引线11和电极组42通过接合线61彼此电连接，基座4非引线一侧的电极组43、热敏电阻12的电极113以及热敏电阻12通过接合线62彼此连接。由此，热敏电阻12的电极113以及封装1的引线11可以彼此电连接。
根据此实施例，电连接可以在不使用复杂形式的情况下完成，例如不使用长接合线。另外，由于用于散热的基座4还执行电线的功能，因此不增加器件的数量。由此可以得到其中引线仅从封装一侧伸出的小发光元件模块。
并且，尽管其中通过使用内部电线41形成电连接的器件作为热敏电阻12，但可以使用其它的。例如，内部电线可以用作为发光元件2输送电流的电线。而且，尽管可以在子装配基板3中设置内层，但这难以分离发光元件2。
并且，子装配基板3的材料不限于AlN。特别是，可以是使用SiC、Si(硅)或氧化铝。
下面参考图4说明根据本发明第三实施例的发光元件。这里，图4显示了根据本发明第三实施例的发光元件，其中图4A是其侧视图，图4B是其平面图。并且，如上所述，未示出发光元件附近的布线。
图4所示的发光元件模块100包括发光元件2和波长锁定器7。波长锁定器7包括两个光电二极管和一个标准滤光器，它是一个监测在发光元件2发出的光通过标准滤光器从而稳定波长之前和之后的光强度的器件。从发光元件2发出的光束由位于其前部的透镜301变为准直光，并通过隔离器302入射到波长锁定器7。透过波长锁定器7的光束由透镜304聚焦，并耦合到光纤303上，以便传播到模块外部。
发光元件100设计成，引线11形成在模块封装1的侧壁1a上。组成波长锁定器7的光电二极管的电极组71布置在远离引线11穿过的侧壁1a的一侧(非引线一侧)。波长锁定器7通过焊接安装到基座8上，并且基座8通过焊接安装到热冷却器9上。此外，热冷却器9通过焊接固定在封装1的底部部分。这里，热冷却器9控制波长锁定器7的温度和监测波长。一个外部的控制装置(未图示)控制装有发光元件2的热冷却器5的温度，使得透过波长锁定器7的标准滤光器之前和之后的光强度比可以保持恒定。
基座8具有位于其中的内部电线81。在此实施例中，氧化铝用作基座8的绝缘材料，钨用作内部电线的材料。但与第一实施例类似，可以使用其它构件。在基座8的引线一侧的电极82通过形成在基座4中的电线81电连接到非引线一侧的电极43。引线11和电极82通过接合线91彼此电连接，电极83和组成波长锁定器7的光电二极管的电极71通过接合线92彼此连接。由此，波长锁定器7的电极71以及封装1的引线11可以彼此电连接，从而电线可以伸出到模块封装1的外部。
在本说明书中，发光元件和波长锁定器被称为功能元件。但功能元件不限于此，而是具有电端子并置于光轴上的器件的一般性术语。功能元件包括光接收元件以及下面描述的光调制器。
根据此实施例，电连接可以在不使用复杂形式的情况下完成，例如不使用长接合线。另外，由于与热冷却器热连接的基座还执行电线的功能，因此不增加器件的数量。由此可以得到其中引线仅从封装一侧伸出的小发光元件模块。
对于光结构，可以使用除第三实施例所示结构以外的结构。例如，可以使用允许聚焦光穿过波长锁定器7而不使用透镜304的结构。并且，如果可以避免反射光的影响可以不使用隔离器。而且，尽管在第三实施例中示出了根据发光元件2的前向光的波长锁定器7，但也可以使用根据其后向光的波长锁定器。
在此实施例中，使用珀尔帖元件作为热冷却器。珀尔帖元件根据流动电流方向可变为加热器，并且根据被监测的波长进行加热。
另外，尽管在本发明实施例中发光元件和波长锁定器装在同一外壳中，但也可以考虑装在不同外壳中并利用光纤彼此连接的结构。在这种情况下，装波长锁定器的模块称为波长锁定器模块。发光元件模块和波长锁定器模块一般称为光学模块。并且，光学模块包括光接收元件模块和光调制器模块，但不限于此。
下面参看图5说明根据本发明第四实施例的发光元件模块。这里，图5显示了根据本发明第四实施例的发光元件模块，并且图5A是其侧视图，图5B是其平面图。
图5表示的光学模块100包括在模块封装1中的发光元件2、波长锁定器7和马赫-曾德(Mach-Zehnder)调制器201。从发光元件2发出的光由透镜301变为准直光，并通过隔离器302入射到波长锁定器7。透过波长锁定器7的光束由透镜304聚焦，并入射到马赫-曾德调制器201上。由马赫-曾德调制器201调制的光经过光纤303传播到模块外部。
发光元件2是可调光源，并包括多个波导管，从而发出具有宽范围波长的光；并包括与每个波导管对应的多个电极21和22。电极形成在波导管的两侧。波导管锁定器7利用两个光电二极管监测发光元件2发出的光透过标准滤光器之前和之后的波长。马赫-曾德调制器200具有将发光元件2发出的连续光调制成信号光的功能，其光轴的长度为几十毫米。
模块100设计成，使得用于将电信号从封装1外部输入到内部以及将电信号从内部输出到外部的引线11设置在侧壁1a中。
发光元件2的安装结构是，通过焊接安装到基座4上，与第一实施例类似。基座4通过焊接安装到热冷却器5上，热冷却器5通过焊接安装到封装1的底部部分。并且，发光元件2可以通过子装配基板装在基座4上，与第二实施例类似。
主要由AlN(氮化铝)组成的陶瓷基片用作基座4的材料，与第一实施例类似。基座4中具有内部电线41。作为电线的材料，可以使用钨。基座4的封装1的引线一侧的电极组42和非引线一侧的电极级43通过形成在基座4内的电线41彼此电连接。
从而，穿过封装侧壁的引线11以及引线一侧的电极组42通过接合线61彼此电连接，非引线一侧的电极组43和发光元件2非引线一侧的电极组22通过接合线62彼此连接。以这种方式，发光元件2的电极22和封装1的引线11可以彼此电连接，从而电线伸出到模块封装1的外部。在引线一侧的发光元件2的电极组21通过导线连接直接连接到引线11。
波长锁定器7的光电二极管的电极组71布置在非引线一侧。波长锁定器7通过焊接安装到基座8上。基座8通过焊接连接装在热冷却器9上，热冷却器9通过焊接固定在封装1的底部部分。
基座8中具有内部电线81。在此实施例中，使用氧化铝作为基座8的绝缘材料，钨作为内部电线的材料。在基座8引线一侧的电极组82通过形成基座4中的电线81电连接到非引线一侧的电极组43。穿过封装侧壁的引线11和引线一侧的电极组82通过接合线101彼此电连接，基座8非引线一侧的电极组83与构成波长锁定器7的光电二极管的电极组71通过接合线102彼此连接。因此，波长锁定器7的电极组71和封装1的引线11彼此电连接，从而电线可伸出到模块封装1的外部。
Mach-Zehnder调制器200由LiNbO3晶体制成，通过使用来自外部(未图示)的传输速率为10Gbits/s的电信号，可以将可调光源(发光元件2)发出的具有宽范围波长的连续光调制成传输速率为10Gbits/s的光信号。
在此实施例中，可以不使用复杂形式实现电连接，例如不使用长接合线。另外，由于用于散热的基座也具有电线的功能，从而不增加器件数量。因此，可以得到其中引线仅从封装一侧伸出的小发光元件模块。
此外，虽然在此实施例中发光元件2和波长锁定器7都有内部电线，但可以使用仅仅在它们之一中具有内部电线的结构。而且，对于光结构，可以使用除实施例以外的方法。例如，可以使用通过直接连接光纤和马赫-曾德调制器而将来自透镜304的会聚光耦合到光纤的方法。
下面参考图6说明根据本发明第五实施例的收发机模块。这里，图6是根据本发明第五实施例的收发机模块的平面图。
图6所示的光收发机1000由第四实施例所示的发光元件模块100、光接收元件模块400和外围电路构成。从连接器500输入的传输速率分别为2.4Gbits/s的4个电信号在多路传输IC130被多路传输成传输速率为10Gbits/s的信号，接着通过驱动IC120传输到发光元件模块100，用于将调制的信号输出到马赫-曾德调制器200，接着传输速率为10Gbits/s的光信号被传输到光纤303。
从光纤305传输的传输速率为10Gbits/s的光信号在光接收元件模块400中转换成电信号，接着通过放大IC420，然后在多路分解IC410分成将从连接器500传输的4个信号，每个信号的传输速率为2.4Gbits/s。
在本发明的光收发机中，由于使用发光元件模块100，其中引线仅布置在封装一侧，因此可以将发光元件模块100定位在基板600端部，使光收发机小型化。
此外，可以使用引线仅位于一侧的光接收元件封装。并且，可以使用发光元件和外围电路被安装在基板上的光发射器模块。同样地，可以使用其中引线仅位于封装一侧的光接收元件以及外围电路被安装基板上的光接收器模块。
这里，光收发机、光发射器模块和光接收器模块都是光学模块。
权利要求
1.一种光学模块，包括外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线；以及装在外壳中的功能元件；其中，所述功能元件连接到其中形成有电线的基座；所述基座在连接到所述功能元件的一侧具有连接到所述电线的至少两个电极；所述功能元件和设置在所述电线一端的所述电极彼此导线连接；以及所述引线的一端和设置在所述电线另一端的所述电极彼此导线连接。
2.一种光学模块，包括外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线；安装到所述外壳上的热冷却器；具有电极的功能元件；以及在所述热冷却器与所述功能元件之间传递热量的基座；其中，所述基座中形成有电线；以及所述电极和所述引线通过所述电线彼此电连接。
3.一种光学模块，包括外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线；具有电极的功能元件；以及安装到所述外壳上的珀尔帖元件，珀尔帖元件在所述外壳与所述功能元件之间传递热量；其中，电连接到所述功能元件的电线形成在所述功能元件与所述珀尔帖元件之间的热量传递通道中。
4.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是激光二极管。
5.如权利要求2所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是激光二极管。
6.如权利要求3所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是激光二极管。
7.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是波长锁定器。
8.如权利要求2所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是波长锁定器。
9.如权利要求3所述的光学模块，其特征在于，所述功能元件是波长锁定器。
10.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于，所述基座通过子装配基板连接到所述功能元件
11.如权利要求2所述的光学模块，其特征在于，所述基座通过子装配基板连接到所述功能元件。
12.一种光学模块，包括大体上长方体形的外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线；以及具有多个波导管和设置在光轴两侧的电极的发光元件；其中，所述引线连接到所述外壳一侧。
13.一种光学模块，包括大体上长方体形的外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线、以及输出光信号的光纤；具有多个波导管和设置在光轴两侧的电极的发光元件；监测所述发光元件光学输出的波长锁定器；以及调制通过所述波长锁定器的光的调制器；其中，所述引线连接到所述外壳一侧。
14.如权利要求12所述的光学模块，其特征在于，所述发光元件是波长可以改变的可调谐激光二极管。
15.如权利要求13所述的光学模块，其特征在于，所述发光元件是波长可以改变的可调谐激光二极管。
16.一种光学模块，包括发光元件模块；以及光接收元件模块；其中，所述发光元件模块具有外壳，所述外壳具有输入和输出电信号的引线；具有电极的功能元件；以及安装到所述外壳上用于在所述外壳与所述功能元件之间传递热量的珀尔帖元件；并且电连接到所述功能元件的电线形成在所述功能元件与所述珀尔帖元件之间的热量传递通道中。
全文摘要
本发明提供一种光学模块，其中简化了模块封装中的电线而不增加制造成本。发光元件装在其中具有电线的基座上。在基座中，连接到电线的电极形成在安装发光元件的一侧。发光元件和电线一端的电极彼此电线导线连接，引线的一端和电线另一端的电极彼此导线连接。
文档编号G02B6/42GK1719675SQ20051007284
公开日2006年1月11日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年7月6日
发明者松嵨直树, 吉本贤治, 佐佐木博康, 冈安雅信, 高井俊明 申请人:日本光进株式会社