专利名称：光学模块构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学模块构造，特别是涉及一种通过梯形透镜使光线转向的光学模块构造。
背景技术：
早期的电信传输(例如网络)都是通过电波信号传输，然而电波信号在传送的过程中容易衰减及被干扰，并且还有接点众多及容易断讯的问题。近年来由于光纤技术的发展日趋成熟，并且光波信号具有抗干扰与衰减等优点，因此以光波信号取代电信号的传输已成为信号传送的驱势。再者，在传统的半导体中也大多是以电信号来运作，然而由于光波信号相较于电信号具有上述先天上的优点，因此在半导体领域中，以光波信号做为芯片与芯片之间(或模块与模块之间)的沟通信号，也成为重要的发展方向。现有光收发模块(optical transceiver module)构造用以发射及接收光波信号，并包含一基板、一激光发射组件、一光接收组件及一微反射镜，为了节约耦合模块构造的空间，所述激光发射组件及所述光接收组件分别位于所述基板上方及侧边，所述微反射镜的一外倾斜面用以将所述激光发射组件所发射的光线转向90度至所述光接收组件。然而，所述微反射镜的外倾斜面在制作上除了需要极高的平整度(一般精密度要求校于波长的1/6)，另外还需要镀上金(Au)或铝(Al)等高反射性的金属，因此在制作上较为麻烦。再者，所述激光发射组件所发出的光线还会有一定的发散角度，这些都是需要一并考虑的问题。故，有必要提供一种光学模块构造，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光学模块构造，其主要包含一梯形透镜。所述梯形透镜是一截面形状为梯形的透镜，所述梯形透镜的内全反射斜面使光学元件所发射的光线转向后发射至另一光学元件。所述梯形透镜在制作上较为简易，并且光线的发散角度也能得到适当的修正。为达成本发明的前述目的，本发明一实施例提供一种光学模块构造，其包含一第一光学元件、一第二光学元件及一梯形透镜。所述第一光学元件具有一光学作用部；所述第二光学元件具有另一光学作用部；及所述梯形透镜是一截面形状为梯形的透镜，位于所述第二光学元件的光学作用部下方，所述梯形透镜具有一全内反射斜面，其中所述第一或第二光学元件的其中一个光学作用部所发射的光线射入所述梯形透镜内，在所述全内反射斜面处转向90度后射出所述梯形透镜，并由另一个所述光学作用部所接收。为达成本发明的前述目的，本发明另一实施例提供一种光学模块构造，其包含一第一基板、一第一光学元件、一第二基板、一第二光学元件及一梯形透镜。所述第一光学元件设于所述第一基板的上表面，具有一水平方向的光学作用部；所述第二基板设于所述第一基板上方，与所述第一基板保持一固定距离；所述第二光学元件设于所述第二基板上，具有另一垂直向下的光学作用部；及所述梯形透镜是一截面形状为梯形的透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述第二光学元件的光学作用部下方，所述梯形透镜具有一全内反射斜面，其中所述第一光学元件或所述第二光学元件的其中一个的光学作用部所发射的光线射入所述梯形透镜内，在所述全内反射斜面处转向后射出所述梯形透镜，并由另一个所述光学作用部所接收。为达成本发明的前述目的，本发明另一实施例提供一种光学模块构造，其包含一第一基板、一第二基板、一光发射元件、一第三基板、一光接收元件、一第一梯形透镜及一第二梯形透镜。所述第二基板设于所述第一基板上方，与所述第一基板保持一固定距离；所述光发射元件设于所述第二基板上，具有一垂直方向的光发射部；所述第三基板设于所述第一基板上方，与所述第一基板保持另一固定距离；所述光接收元件设于所述第三基板上，具有一垂直方向的光接收部；所述第一梯形透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述光发射元件下方，并具有一第一全内反射斜面；及所述第二梯形透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述光接收元件下方，并具有一第二全内反射斜面；其中，所述光发射元件的光发射部垂直向下发出的光线通过所述第一梯形透镜的第一全内反射斜面转向，以水平方向射向所述第二梯形透镜，再通过所述第二梯形透镜的第二全内反射斜面转向，以垂直向上射向所述光接收元件的光接受部。
图1是本发明一实施例的光学模块构造的侧剖视图。图2是本发明一实施例的光学模块构造的局部放大示意图。图3是本发明另一实施例的光学模块构造的侧剖视图。图4是本发明再一实施例的光学模块构造的侧剖视图。图5是本发明又一实施例的光学模块构造的侧剖视图。
具体实施例方式为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下请参照图1所示，图1是本发明一实施例的光学模块构造的侧剖视图。一种光学模块构造100a，例如是以微机电(MEMS)工艺制作的封装模块构造，所述光学模块构造IOOa包含一第一基板10、一第一光学元件20、一第二基板30、一第二光学元件40及一梯形透镜50。所述第一光学元件20设于所述第一基板10的上表面，所述第一光学元件20具有一水平方向的光学作用部21。在本实施例中，所述第一光学元件20是以一光接收元件(例如光二极体晶片(photodiode (F1D) chip))为例，其光学作用部21是一光接收部。所述第二基板30设于所述第一基板10上方，与所述第一基板10保持一固定距离；所述第二光学元件40设于所述第二基板30上，其具有另一垂直向下的光学作用部41。在本实施例中，所述第二光学元件40是以一光发射元件(例如垂直腔面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser, VCSEL)为例，其光学作用部41是一光发射部。再者，如图1所示，所述梯形透镜50是一截面形状为梯形的透镜，设于所述第一基板10的上表面，并且位于所述第二光学元件40的光学作用部41下方，所述梯形透镜50使所述第二光学元件40的光学作用部41所发射的光线转向(例如转向(90度角)后发射至所述第一光学元件20的光学作用部21。另外，如图1所不，所述第二基板30通过至少一固定件60设于所述第一基板10上方，与所述第一基板10保持一固定距离。并且，所述固定件60可以是一固定柱61或一焊球62。再者，所述第二基板30例如具有一开口 31，所述第二光学元件40的光学作用部41向下对应所述开口 30，以使光线能通过。请参照图2所示，图2是本发明一实施例的光学模块构造的局部示意图。所述梯形透镜50具有四个侧面，包含一底支撑面51、一侧垂直面52、一全内反射斜面53及一水平顶面54。所述底支撑面51设于所述第一基板10上，通过所述底支撑面51以黏着的方式将所述梯形透镜50稳定固定于所述第一基板10上；所述侧垂直面52连接于所述底支撑面51的一侧，呈垂直面竖立；所述全内反射斜面53连接于所述底支撑面51的另一侧，与所述底支撑面之间具有135度的夹角(与所述第一基板10则呈45度逆向倾斜)；所述水平顶面54连接所述侧垂直面52及所述全内反射斜面53，呈水平面。如图2所示，所述第二光学元件40的光学作用部41所发射的光线通过所述梯形透镜50的所述水平顶面54射入所述梯形透镜50，再通过所述全内反射斜面53的内全反射作用转向90度，由所述侧垂直面52射出所述梯形透镜50，并发射至所述第一光学元件20的光学作用部21。所述全内反射斜面53的平整度(粗糙度)要求须小于波长的1/6。由于其利用光线在介质内部内全反射作用使光线转向，不像现有技术还需要镀上金属作为镜面，因此所述梯形透镜50在制作上较为简易。再者，所述第二光学元件40所发出的光线还会有一定的发散角度，通过所述梯形透镜50的折射角度也能得到适当的修正(一般发散角度小于5度或10度内皆能被修正)。 再者，光线在介质内的折射角度与折射率息息相关。所述梯形透镜50的材料选自透明树脂，例如环氧树脂(epoxy)或双酹A树脂(bisphenol_A resin),其折射率需大于1.4，例如介于1. 4 1. 6或大于1. 6。当上述第二光学元件40的光线发散角度小于5度或10度内时，通过控制所述梯形透镜50的材料折射率，可以确保光线仍可被所述全内反射斜面53反射。另外，使用者并可于所述梯形透镜50的材料(透明树脂)内添加适当比例的二氧化钛(TiO2)颗粒来调整其混合材料具有所需要的折射率。所述二氧化钛颗粒的添加比例及粒径是依所需折射率加以设定，故本发明并不加以限制。另外，使用者可依实际需求设计所述梯形透镜50的尺寸，在本实施例的一个应用例中，所述梯形透镜50的所述全内反射斜面53的垂直投影面积为100 150微米(μ m) X 100 150微米；及所述梯形透镜的高度为100 150微米(μ m)。请参照图3所示，图3是本发明另一实施例的光学模块构造的侧剖视图。本实施例揭示的光学模块构造IOOb相似于图1的的光学模块构造100a，因此相同的元件使用相同的标号，但本实施例的光学模块构造IOOb与图1的的光学模块构造IOOa的不同之处在于在本实施例中，所述第一光学元件20是一光发射元件，其光学作用部21是一光发射部；所述第二光学元件40是一光接收元件，其光学作用部41是一光接收部。在本实施例中，所述第一光学元件20的光学作用部21所发射的光线射入所述梯形透镜50，通过所述全内反射斜面53的内全反射作用转向90度角至所述第二光学元件40的光学作用部41。也就是说，所述第一光学元件20的光学作用部21所发射的光线依序通过所述梯形透镜50的侧垂直面52，再通过所述全内反射斜面53的内全反射作用转向90度，由所述水平顶面54射出，发射至所述第二光学元件40的光学作用部41。请参照图4所示，图4是本发明再一实施例的光学模块构造的侧剖视图。本实施例揭示的光学模块构造IOOc与图2的的光学模块构造IOOb不同之处在于在本实施例中，所述第一光学元件20不设于所述第一基板10上。本实施例的光学模块构造IOOc包含一第一基板10、一第二基板30a、一光发射兀件20、一第三基板30b、一光接收兀件40、一第一梯形透镜50a及一第二梯形透镜50b。所述第二基板30a设于所述第一基板10上方，与所述第一基板10保持一固定距离；所述光发射元件20设于所述第二基板30a上，具有一垂直方向的光发射部21 ;所述第三基板30b设于所述第一基板10上方，与所述第一基板10保持一固定距离；所述光接收元件40，设于所述第三基板30b上，具有一垂直方向的光接收部41 ;所述第一梯形透镜50a设于所述第一基板10的上表面,位于所述光发射兀件20下方；及所述第二梯形透镜50b设于所述第一基板10的上表面，位于所述光接收元件40下方。如图4所示，所述第一梯形透镜50a与所述第二梯形透镜50b的构造大致相同于图2实施例的梯形透镜50，也就是分别具有一底支撑面、一侧垂直面、一第一(或第二)全内反射斜面53a、53b及一水平顶面。所述第一梯形透镜50a与所述第二梯形透镜50b在所述第一基板10上呈对称设置，所述第一梯形透镜50a的全内反射斜面53与所述第二梯形透镜50b的全内反射斜面53分别朝外设置。因此，所述光发射元件20的光发射部21垂直向下发出的光线射入所述第一梯形透镜50a，通过所述第一梯形透镜50a的第一全内反射斜面53a转向90度角，以水平方向射出所述第一梯形透镜50a，并朝向所述第二梯形透镜50b，再射入所述第二梯形透镜50b，通过所述第二梯形透镜的第二全内反射斜面53转向90度角，以垂直向上射出所述第二梯形透镜50b，再射向所述光接收元件40的光接受部41。另外,如图4所示,所述第二基板30a及所述第三基板30b分别通过至少一固定件60设于所述第一基板10上方，与所述第一基板10保持一固定距离。并且，所述固定件60可以是一固定柱61或一焊球62。再者，第二基板30a及所述第三基板30b例如分别具有一开口 31a，31b，所述光发射元件20的光发射部21向下对应所述开口 31a ;所述光接收元件40的光接收部41向下对应所述开口 31b，以使光线能通过。请参照图5所示，图5是本发明又一实施例的光学模块构造的侧剖视图。本实施例的光学模块构造IOOd与图2的的光学模块构造IOOb不同之处在于在本实施例中，光学元件与梯形透镜都是设在同一个基板上。本实施例的光学模块构造IOOd至少包含一第一光学元件20、一第二光学元件40及一梯形透镜50。所述第一光学元件20具有一光学作用部21，安装于一基板10上；所述第二光学元件40具有另一光学作用部41，并通过多个凸块60安装及电性连接至所述基板10上；及所述梯形透镜50是一截面形状为梯形的透镜，位于所述第二光学元件40的光学作用部41下方，同样安装于所述基板10上。如图5所述，所述梯形透镜50具有一全内反射斜面53，所述第一光学元件20的光学作用部21所发射的光线射入所述梯形透镜50内，在所述全内反射斜面处转向90度后射出所述梯形透镜50，并由另一个所述光学作用部41所接收。或者，所述第二光学元件40的光学作用部41所发射的光线射入所述梯形透镜50内，在所述全内反射斜面处转向90度后射出所述梯形透镜50，并由另一个所述光学作用部21所接收。(未绘示)本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反的，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
权利要求
1.一种光学模块构造，其特征在于所述光学模块构造包含一第一光学元件，具有一光学作用部；一第二光学元件，具有另一光学作用部 '及一梯形透镜，是一截面形状为梯形的透镜，位于所述第二光学元件的光学作用部下方，所述梯形透镜具有一全内反射斜面，其中所述第一或第二光学元件的其中一个光学作用部所发射的光线射入所述梯形透镜内，在所述全内反射斜面处转向90度后射出所述梯形透镜，并由另一个所述光学作用部所接收。
2.如权利要求1所述的光学模块构造，其特征在于所述梯形透镜具有一底支撑面，设于一基板上；一侧垂直面，连接于所述底支撑面的一侧；所述全内反射斜面，连接于所述底支撑面的另一侧；及一水平顶面，连接所述侧垂直面及所述全内反射斜面。
3.如权利要求2所述的光学模块构造，其特征在于所述全内反射斜面与所述底支撑面之间具有135度的夹角。
4.如权利要求1所述的半导体光学模块构造，其特征在于所述梯形透镜的材料的折射率大于1. 4。
5.如权利要求4所述的半导体光学模块构造，其特征在于所述梯形透镜的材料为透明树脂，所述透明树脂内添加二氧化钛颗粒。
6.一种光学模块构造，其特征在于所述光耦合模块构造光学模块构造包含一第一基板；一第一光学元件，设于所述第一基板的上表面，具有一水平方向的光学作用部；一第二基板，设于所述第一基板上方，与所述第一基板保持一固定距离；一第二光学元件，设于所述第二基板上，具有另一垂直向下的光学作用部；及一梯形透镜，是一截面形状为梯形的透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述第二光学元件的光学作用部下方，所述梯形透镜具有一全内反射斜面，其中所述第一或第二光学元件的其中一个光学作用部所发射的光线射入所述梯形透镜内，在所述全内反射斜面处转向后射出所述梯形透镜，并由另一个所述光学作用部所接收。
7.如权利要求6所述的光学模块构造，其特征在于所述梯形透镜具有一底支撑面，设于所述第一基板上；一侧垂直面，连接于所述底支撑面的一侧；所述全内反射斜面，连接于所述底支撑面的另一侧 '及一水平顶面，连接所述侧垂直面及所述全内反射斜面。
8.如权利要求7所述的光学模块构造，其特征在于所述全内反射斜面与所述底支撑面之间具有135度的夹角。
9.如权利要求6所述的光学模块构造，其特征在于所述第二基板具有一开口，所述第二光学元件的光学作用部向下对应所述开口。
10.一种光学模块构造，其特征在于所述光学模块构造包含一第一基板；一第二基板，设于所述第一基板上方；一光发射元件，设于所述第二基板上，具有一垂直向下的光发射部； 一第三基板，设于所述第一基板上方，与所述第一基板保持另一固定距离； 一光接收元件，设于所述第三基板上，具有一垂直向下的光接收部； 一第一梯形透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述光发射元件下方，并具有一第一全内反射斜面；及 一第二梯形透镜，设于所述第一基板的上表面，位于所述光接收元件下方，并具有一第二全内反射斜面； 其中所述光发射元件的光发射部垂直向下发出的光线通过所述第一梯形透镜的第一全内反射斜面转向，再通过所述第二梯形透镜的第二全内反射斜面转向，以垂直向上射向所述光接收元件的光接受部。
全文摘要
本发明公开一种光学模块构造，其包含一第一光学元件、一第二光学元件及一梯形透镜。所述第一光学元件具有一光学作用部；所述第二光学元件具有另一光学作用部；及所述梯形透镜是一截面形状为梯形的透镜，位于所述第二光学元件的光学作用部下方，所述梯形透镜具有一全内反射斜面，其中所述第一或第二光学元件的其中一个光学作用部所发射的光线射入所述梯形透镜内，在所述全内反射斜面处转向90度后射出所述梯形透镜，并由另一个所述光学作用部所接收。本发明的所述梯形透镜在制作上较为简易，并且光线的发散角度也能得到适当的修正。
文档编号G02B6/42GK103048744SQ20121044377
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者邱建良, 李秋雯 申请人:日月光半导体制造股份有限公司