具有被动光学对准的聚光装置的光学模块及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化的光学模块，该光学模块包括光学元件和光学传输构件，光学传输构件用于设备中的电路板的大量数据高速传输以及设备之间大量数据的高速传输，在该光学模块中完成模块中的光学元件与光学传输构件之间的光学对准，从而消除在将其安装在外部PCB基板上时发生的光学对准误差，更具体地，涉及一种包括聚光装置(optical block)的光学模块及其制造方法，该聚光装置能够通过在测量的光学元件安装位置处加工光学传输构件安装部来实施被动光学对准。
【背景技术】
[0002]最近，出现了在设备中或设备之间高速传输大量数据(如高质量的3D图像内容)的技术，并出现了信号衰减、噪声、EMI/EMC、阻抗匹配、串扰、偏移(skew)、连接线小型化等问题。
[0003]通常，在设备中或设备之间的数据传输中，换言之，在设备中的数据传输使用铜线基电导线，而在设备之间数据传输使用具有铜线基电导线的电缆，但是铜线不能满足高速传输的需要，也不能解决上述各种技术问题。
[0004]作为解决这个问题的技术，最近研究并开发了光学连接技术。因为数十条通道的平行(并行)电信号线路被连续的光学信号线路所代替，所以光学模块可以实现大量数据的高速传输，并且可以解决如噪声、EMI/EMC、阻抗匹配、串扰、偏斜、以及连接线小型化等技术问题。
[0005]为了将使用光学材料的光学传输和光学连接设备应用到各种使用环境，已经开发各种类型的产品(如光学连接器和光学模块)。它们基本提供了连接两个或多个彼此分离的光路的连接功能，还另外提供使用光学现象(如折射、反射、干涉以及衍射)形成并改变光学信号传输路径并放大或合并光学信号的功能。具有这种配置的光学元件具有连接两个不同区域(光学区域和电气区域)的功能，或者提供在执行连接光学区域和电气区域的任务时确保光学传输效率的设计。问题是在光学连接器系统等中包括误差。例如，由于用于将光学元件安装在基板上的设备(粘片机等)必然包括误差，所以光学元件的最终安装位置不确定，甚至在光学传输构件的情况中核心的中心为偏心，也就是说，制造区域出现误差。
[0006]为了解决上述问题，出现了主动光学对准的过程。主动光学对准意味着一系列搜索并寻找在用于光学信号传输的组成元件(如光学元件)的最佳配置或排布中代表了最佳光学传输效率的一点或一种状态，并固定为维持这一点或这一状态的过程。但是，由于主动光学对准在操作过程中需要大量时间并且不适用于大量生产，所以在近期，连接器中的结构元件被设计并布置为达到光学对准，或者将光学元件的位置直接布置在光路上的被动光学对准的方式已成为趋势。
[0007]另外，根据电子设备的小型化，甚至在例如本文使用的光学连接器中，存在小型化和低配置的问题，并且对现有布局优化或设计一种设备中元件的新布局以满足这样的要求是重要的。
[0008]图1所示的光学模块(在下文中，称为“现有技术1”)包括传输单元10a、接收单元10b、以及光学传输路径2 (即传输单元与接收单元之间的连接线)。传输单元10a包括基板6a上的VCSEL芯片3a、电极垫5a、键合线7a、液态树脂8a、以及高度支撑构件4a，而接收单元10b包括基板6b上的芯片3b、电极垫5b、键合线7b、液态树脂8b、以及高度支撑构件4b。
[0009]在图1所示的光学模块的操作中，来自连接到传输单元的电路板的电信号转换为VCSEL芯片3a中的光学信号，并且在驱动器1C (未示出)的控制下通过基板6a上的电极垫5a竖直输出，光学信号被形成于光传输路径2的端部的45°镜面反射而改变路线，接着经过光传输路径2传输到接收单元。
[0010]在接收单元中，光学信号被形成于光传输路径2的端部的45°镜面反射而改变路线，输入到基板6b上的ro芯片3b，接着转换为ro芯片3b中的电信号并在1C(未示出)的控制下通过基板6b上的电极垫5b，电信号输入到与接收单元连接的板件。
[0011]图2示出了日本特开专利第2010-266729号(发明名称:“复杂光电连接器(Photoelectric complex connector) ”，在下文中，称为“现有技术2”)中公开的复杂光电连接器，其描述如下。图2所示的现有技术2构造为联接到连接器30 (称为插座，安装在设备的电路板上)的插头20，插头20包括:壳体21 ;电终端22和接地终端23，安装在壳体21两侧上；接地板24，安装在壳体21的底面上；VCSEL芯片26，在安装在接地板24上的子安装件25上；驱动器IC27 ;键合线28，具有在电终端22、接地终端23、VCSEL26、以及驱动器IC27之间的连接布线的功能；以及光纤29，插入壳体21中。
[0012]图3所示的现有技术3提供了一种光连接器，该光连接器包括:PCB基板50，光学元件40安装在PCB基板50上；光学子组件(0SA) 70，其容置光学传输构件80，包括具有竖直改变光学信号方向的功能的45°光学反射面以及集合光学信号的透镜单元，并且由光学透明材料制成；引导构件90，将光学传输构件固定到0SA ;以及光对准构件60，其放置在PCB基板上，且具有使光学信号以高传输效率从光学传输构件传输到光学元件或者使光学信号以高传输效率从光学元件传输到光学传输构件的光学对准的结构，特别地，通过联接在光学对准构件60与0SA70中分别形成的对准突出部71与对准凹槽部61的来执行光学对准。
【发明内容】
[0013]技术问题
[0014]在现有技术1中，为使光学路径改变90°，使光学传输构件的端面相对于轴向形成45°的附加的切割过程是必要的，并且还需要包括主动光学对准过程，以矫正用于将光学元件安装在电路板上的粘片机中必然存在的装置误差。现有技术1中光学对准过程包括:操作光学元件的驱动电路；接着相对于生成的光学信号，使用测量设备(如光学光谱分析仪)测量传输效率；搜索传输效率满足预定条件的状态；以及相继将光学元件和光学传输构件固定在该状态下的一位置。但是，当经过这种主动光学对准时，确保了具有预定等级或更高等级的光传输效率，但是由于其基本上基于试错法，因此存在相对长时间和高成本的问题。
[0015]同时，在现有技术2中，接地板24上的驱动器IC27应通过键合(bonding)工艺电连接到壳体21 —侧的电终端22，难以实施插头20上的具有最小化和低配置的尺寸的键合线28，具体地，当电终端22的针脚数量变大时，难以进行线键合工艺。另外，在现有技术2中，由于所有元件和部件必须安装在插头20的壳体21中，因此工艺难度高，并且由于具有相对大尺寸的驱动器IC27位于插头侧，因此存在难以使插头小型化的问题。
[0016]另外，在现有技术2中，在VCSEL芯片26放置在子安装件25 (由晶圆制造)上且安装在接地板24上的情况中，光纤29被放置在接地板24上，光学对准用VCSEL芯片26来执行，VCSEL芯片26和光纤29没有相对固定，因此存在没有适当执行光学对准的问题。另夕卜，当插头20联接(插接)到插座30或者与插座30脱离(分离)时，在插头上没有柄部，因此存在操作困难的问题。
[0017]在现有技术3中，由于与光学对准相关的误差相对大，PCB基板50与光学对准构件80之间、光学对准构件60与0SA70之间、以及光学传输构件80与0SA70之间产生的误差被累积。特别是对于每个误差，在光学对准构件60放置在PCB基板50上时，光学元件40没有对准光学对准构件的对准凹槽部61的横截面中心的连接线上时发生的误差、光学对准构件的对准凹槽部61和0SA的对准突出部71的加工误差和装配误差而产生的误差、以及由于光学传输构件80没有安装在0SA70的确定位置处而产生的误差被累积。不仅如此，甚至在光学元件的贴片过程中，甚至当由于设备误差而使光学元件没有安装在确定的位置时，光传输效率降低，以及由于外部误差因素(没有包括在现有技术3的发明的组成元件中)累积并一起产生而使整体误差可能大于在设计时的那些误差。换言之，为了确保光学对准，必须同时管理所有这些误差，整体光传输效率很有可能因此而降低。另外，由于大量部件被用于提供确保光学对准以及稳定安装所需的结构，所以成本问题和制造复杂的问题就不利；并且由于光学元件直接安装在PCB基板(非模块化)上的构造，使现有技术3的构造不可能被直接应用于其他应用。
[0018]解决方案
[0019]根据为解决上述问题并且满足上述要求而提出的本发明，提供一种光学模块，该光学模块包括:光学传输构件100，用于传输光学信号；光学元件；基板210 ;电极垫220 ;以及聚光装置300，包括用于光学元件200与光学传输构件100之间的光学对准而形成的光学传输构件安装部310，其中光学传输构件安装部形成于最佳位置，在该最佳位置，在聚光装置上垂直于基板的光学轴方向的位置处的光学传输效率最大。
[0020]另外，光学传输构件安装部310的形状满足相对于深度与宽度的纵横比，深度等于或大于宽度的条件。
[0021]另外，提供一种光学模块的制造方法，该方法包括将光学元件200安装并电连接到基板210的一面上；计算光学元件200的光学输入/输出点的二维平面