专利名称：光模块及其组装方法
技术领域：
本发明涉及一种将光纤和光电变换元件直接光耦合的光模块及其组装方法，特别
地，涉及一种光电变换元件和光插芯的间隙中的树脂材料填充构造的改良技术。
背景技术：
伴随着LSI间信号的高速化，在电气式传送中，难以消除噪声和消费功率增加。因 此，近年进行了下述尝试，即，在LSI间利用几乎没有电磁障碍及频率依存性损耗的光通信 进行传送。例如，专利文献1中公开的光电变换头(光模块)具有发光元件(例如，VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser等)或者感光元件(光电变换元件)；以及引 线插入成型插芯，其用于安装该光电变换元件并使光纤插入，该光电变换头可以将光电变 换元件和光纤直接光耦合。 该光模块1如图5所示，在引线插入成型插芯3上具有用于插入光纤(或者光导 波路)5的贯通孔(光纤插入孔)7，并以通过插入光纤5而进行定位的方式安装有光电变换 元件9。在图中，11表示在插芯3上按规定图案形成的电气配线(引出电极)，13表示Au 凸点，15表示作为光元件底部填充材料以及光纤粘结剂的透明树脂，17表示活性层。
该光模块1的制造，如图6(a)所示，首先，在具有电极11以及光元件搭载面的插 芯3上进行光电变换元件9的搭载。对于与电极ll的连接，使用例如Au凸点13的加热压 接。然后，如图6(b)所示，向插芯3中插入光纤5。对于光纤5的插入，使用带按压传感器 的测微计等可以监视插入压力的装置，在光纤5到达成为与规定插入距离对应的插入压力 的点时，停止光纤5的插入。如图6(c)所示，最后对由热硬化树脂或紫外线硬化树脂构成 的透明树脂15进行固化。 如上述所示，通过插入光纤5而构成的光模块l，安装在例如兼作散热板的安装基 板18上，利用接合线与未图示的光元件驱动IC(驱动器、接收器等)连接而安装在电路基 板上。根据该光模块1，由于在安装于基板上的插芯3中直接插入有连接光纤5，所以可以 期待小型化、低成本化。 专利文献1 :日本公开专利特开2006-59867号公报
发明内容
然而，有时光纤端面的反射光会与VCSEL的光共振模式耦合而产生返回光噪声。 现有的光模块1为了抑制该问题，在光纤5和光电变换元件(VCSEL) 9之间的间隙中填充接 近光纤5的折射率的透明材料15。另外，透明树脂15还具有抑制光纤5由于外力而产生微 小振动的效果。而且，透明树脂15还具有对光电变换元件9和插芯3的热膨胀特性差进行 缓冲的效果。因此，公开了向透明树脂15中混合透明的微粒子填料(例如，平均粒径为数 y m至数10 ii m的二氧化硅或粉碎石英等)。即，记载了通过调整透明的微粒子填料的混合 率，使透明树脂15的平均或者等价热膨胀特性，与光纤5及光电变换元件9匹配，或者成为 它们的中间值，从而提高热应力(热应变)缓和效果。
但是，由于上述光模块1仅通过倾斜构造避免活性层17和光纤5的干涉，在光纤 5的插入工序前不存在透明树脂15，所以例如图7所示，在光纤5上形成切口 19，通过施加 弯曲应力而切断、劈开，形成连接端5a的端面的情况下，在连接端5a上产生的凸起21、或者 连接端面研磨后的凸部等可能与活性层17干涉。S卩，在与活性层17之间没有任何遮蔽部 件，并不是十分完善。因此，必须如上述所示严格地对光纤5的插入停止进行管理，从而使 光纤5的组装作业性下降。 另一方面，如果在光纤5的插入前填充透明树脂15，则透明树脂15向光纤插入孔 7的开口部中浸入，从而无法插入光纤5。另外，透明树脂15具有作为相对于外力的加强材 料或者作为提高热应力(热应变)缓和效果的调整部件的作用，同时，必须采用折射率与光 纤5相同的材料，混合有微粒子填料，由同一材料达到上述条件会使材料的选择自由度下 降。 另外，由于上述光模块1中，在与活性层17之间没有任何的遮蔽部件，所以不适合 作为由用户侧插入光纤5的光纤后组装用的光模块。 本发明就是鉴于上述状况而提出的，其目的在于，提供一种光模块及其组装方法， 该光模块可以防止树脂材料侵入光路中，确保光路的透明性，同时，可以利用可靠性高的树 脂材料固定光电变换元件，而且，也可以作为光纤后组装用的光模块使用。
本发明所涉及的上述目的，通过下述结构实现。 (1) —种光模块，其具有光电变换元件；以及光插芯，其构成为将该光电变换元 件安装在一端面上，在与该光电变换元件的活性层对应的位置上贯穿形成光纤插入孔，在 所述光电变换元件和所述光插芯之间填充树脂材料并进行硬化，该光模块的特征在于，利 用与所述活性层接触且用于阻止所述树脂材料浸入的透明物质覆盖形成于所述光插芯的 一端面上的所述光纤插入孔的开口部。 根据该光模块，可以防止在后续工序中涂布的芯片(chip)加强用的树脂材料(粘 结剂)浸入至光路中。由于透明物质与活性层接触而覆盖开口部，所以可以在光纤和活性 层之间预先确保光路，使芯片加强用的树脂材料不必具有透明性。 (2)所涉及的光模块的特征在于，在(1)的光模块中，所述透明物质是板片 (sheet)或者脂状物(grease)。 根据该光模块，使向开口部附着设置透明物质的作业变得容易。如果是板片，则可 以利用粘合层容易地进行附着设置。如果是脂状物，则可以通过涂布容易地进行附着设置。 另外，利用板片或脂状物的弹性，可以吸收光纤插入组装时的冲击。 (3)所涉及的光模块的特征在于，在(2)的光模块中，形成多个所述光纤插入孔， 所述板片或者脂状物与该多个光纤插入孔分别对应地独立设置。 根据该光模块，由于在覆盖各光纤插入孔的板片或者脂状物之间形成空间，并向 该空间内填充树脂材料，所以可以增大光电变换元件和光插芯的接合面积，提高固定强度。
(4)所涉及的光模块的特征在于，在(2)的光模块中，形成多个所述光纤插入孔， 所述板片或者脂状物是针对该多个光纤插入孔彼此共同地设置的。 根据该光模块，可以利用一个板片或者脂状物一次覆盖多个光纤插入孔，从而使 组装作业变得容易。
(5)所涉及的光模块的特征在于，在(1) (4)中的任一个光模块中，在所述光纤插入孔中插入有光纤。 根据该光模块，可以得到使光纤经由透明物质与活性层抵接，从而不会由于光纤 前端的抵接使活性层破损的可靠性高的光纤预装光模块。
(6)所涉及的光模块的特征在于，在(1) (5)中的任一个光模块中，所述光电变 换元件的凸点贯穿所述透明物质，与形成于所述光模块的一端面上的电极电气地连接。
根据该光模块，消除了透明物质的附着设置位置的制约，提高了作业性。例如，也 可以在光插芯的一端面的整个区域上附着设置透明物质。在此情况下，树脂材料设置为覆 盖光电变换元件和光插芯的间隙。 (7)所涉及的光模块的特征在于，在(1) (6)中的任一个光模块中，所述树脂材 料是混入有抑制热膨胀率的调整粒子材料的粘结剂。 根据该光模块，通过调整树脂材料和调整粒子材料的混合率，使树脂材料的平均 或者等价热膨胀特性与光纤及光电变换元件匹配，或者成为它们的中间值，由此，可以提高 热应力(热应变)的缓和效果。 (8)所涉及的光模块的特征在于，在(1) (7)中的任一个光模块中，利用塑模树 脂覆盖所述光电变换元件的整体以及包含该光电变换元件和所述光插芯的间隔在内的至 少所述光插芯的一部分。 根据该光模块，塑模树脂包覆光电变换元件以及光插芯，而使光电变换元件、光插 芯以及光纤成为更坚固的一体固定构造。 (9)所涉及的光模块的特征在于，在(8)的光模块中，所述塑模树脂是所述树脂材 料。 根据该光模块，使用单一的树脂材料，可以填充光电变换元件和光插芯的间隙，对
光电变换元件和光插芯进行塑模包覆，可以减少所使用树脂材料的种类以及制造工序数。
(10) —种光模块的组装方法，其特征在于，实施下述工序利用透明物质覆盖形
成于光插芯的一端面上的光纤插入孔的开口部的工序；在所述光插芯的一端面上连接固定
光电变换元件的工序；以及在所述光电变换元件和所述光插芯的一端面之间填充树脂材料
的工序。 根据该光模块的组装方法，即使填充树脂材料，也可以利用透明物质阻挡树脂材 料，从而使其不会浸入光纤插入孔中。由于利用透明物质覆盖开口部，所以可以不必在意是 否会发生浸入而进行树脂材料的填充，可以得到较高的固定强度。 (11) —种光模块的组装方法，其特征在于，实施下述工序利用透明物质覆盖形 成于光插芯的一端面上的光纤插入孔的开口部的工序；在所述光插芯的一端面上连接固定 光电变换元件的工序；向所述光纤插入孔中插入光纤的工序；以及利用塑模树脂覆盖所述 光电变换元件的整体以及包含该光电变换元件和所述光插芯的间隔在内的至少所述光插 芯的一部分的工序。 根据该光模块的组装方法，即使填充树脂材料，也可以利用透明物质阻挡树脂材 料，从而使其不会浸入光纤插入孔中。由于利用透明物质覆盖开口部，所以可以不必在意是 否会发生浸入而进行树脂材料的填充，可以得到较高的固定强度。可以得到使光纤经由透 明物质与活性层抵接，从而不会由于光纤前端的抵接而使活性层破损的可靠性高的光纤预 装光模块。可以使光电变换元件、光插芯以及光纤形成更坚固的一体固定构造。
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发明的效果 根据本发明所涉及的光模块，由于利用与活性层接触、用于阻止树脂材料浸入的 透明物质覆盖形成于光插芯的一端面上的光纤插入孔的开口部，所以可以防止后续工序中 涂布的芯片加强用的树脂材料(粘结剂)浸入至光路中。树脂材料只要以确保可靠性为目 的而含有抑制热膨胀系数的调整粒子材料，确保高可靠性即可，也可以不是透明的，由此， 提高了材料选择的自由度。通过在活性层和开口部之间设置透明物质，可以确保光路的透 明性，同时，可以利用可靠性高的树脂材料将光电变换元件固定。另外，通过将透明物质设 置在开口部，由此，即使作为由用户侧插入光纤的光纤后组装用的光模块使用，也可以防止 由于光纤与活性层抵接而导致的元件破损。 根据本发明所涉及的光模块的组装方法，由于在利用透明物质覆盖形成于光插芯 的一端面上的光纤插入孔的开口部，将光电变换元件连接固定在光插芯的一端面上后，在 光电变换元件和光插芯的一端面之间填充树脂材料，所以即使填充树脂材料，也可以利用 透明物质阻挡树脂材料，从而使其不会浸入光纤插入孔中。其结果是，可以得到确保光路的 透明性，同时由可靠性高的树脂材料固定光电变换元件的光纤后组装用的光模块。
图1是本发明所涉及的光模块的剖面图。 图2是在(a) 、 (b)中表示附着设置在图1所示的光插芯的一端面上的透明物质的 例子的正视图。 图3是说明图1所示的光模块的组装方法的制造工序图。
图4是作为塑模树脂而使用树脂材料的变形例的剖面图。
图5是现有的光模块的剖面图。 图6是说明图5所示的现有光模块的组装方法的制造工序图。
图7是说明光纤的切断方法的侧视图。
符号的说明 31…光电变换元件、33…光插芯、35…光纤、39…活性层、41…凸点、43…结合面 (一端面)、45…光纤插入孔、47…电极、49…树脂材料、51…开口部、53…板片(透明物质)、 55…塑模树脂、57…固定块(光纤定位部件)、100…光模块
具体实施例方式
下面，参照附图，说明本发明所涉及的光模块及其组装方法的优选的实施方式。
图1是本发明所涉及的光模块的剖面图，图2是在(a) 、 (b)中表示附着设置在图 1所示的光插芯的一端面上的透明物质的例子的正视图。 光模块100构成具有光电变换元件31、引线插入成型插芯(以下，简称为"光插 芯"。)33的光纤后组装用的光模块。此外，本发明所涉及的光模块，如后述所示，也可以构 成具有光纤35(参照图3)的光纤预装光模块。 作为光电变换元件31，可以使用例如VCSEL、 PD(photodiode)等。在光电变换元 件31的结合面37上配置多个活性层39。活性层39将沿该活性层39配置的多个Au凸点 41作为连接端子。
光插芯33由含有聚酯树脂、PPS树脂以及环氧树脂中的任一种的材料形成，在结 合面43上与活性层39对应地配置对光纤35进行定位、保持的多个光纤插入孔45。在光插 芯33的结合面43上并列设置与凸点41连接的多个电气电路即引出电极47，电极47向与 结合面43相邻的交叉面延伸而连续形成。 光电变换元件31的凸点41固定在光插芯33的电极47上。可以通过利用超声波 的加热压接进行固定。光模块100的上表面安装在电路基板等上以使电极47进行接触，由 此，可以经由电极47相对于光电变换元件31容易地进行电气供给及信号取得。在结合面 43上安装有光电变换元件31的光插芯33的光纤插入孔45中插入的光纤35(参照图3)， 与光电变换元件31的活性层39光学地连接。在光电变换元件31和光插芯33的结合面43 之间填充树脂材料(粘结剂)49并进行硬化。S卩，利用凸点41和树脂材料49将光电变换 元件31固定在光插芯33上。本发明的特征在于在该光电变换元件31和光插芯33的间隙 中填充树脂材料的构造。 S卩，形成在光插芯33的结合面43上的光纤插入孔45的开口部51，被与活性层39 接触、阻止树脂材料49浸入的透明物质53覆盖。透明物质53可以为板片或脂状物。通过 作为透明物质53使用板片或脂状物，可以使以粘贴在开口部51上的方式设置(附着设置) 透明物质53的作业变得容易。S卩，如果是板片，则可以利用粘结层容易地进行附着设置。另 外，如果是脂状物，则可以通过涂布容易地进行附着设置。通过作为透明物质53使用板片 或者脂状物，可以利用它们的弹性吸收光纤插入组装时的冲击。作为板片的材质，可以举出 丙烯酸类、硅酮类、苯乙烯类、烯烃类、环氧类、聚酰亚胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜。另 外，作为脂状物，可以举出硅酮类。 下面，以透明物质53是板片的情况为例进行说明。板片53如图2(a)所示，可以 与多个光纤插入孔45分别对应地独立设置。由于通过将板片53独立地设置，在板片53之 间形成空间，并向该空间内填充树脂材料49，所以可以增大光电变换元件31和光插芯33的 接合面积，提高固定强度。 另外，板片53也可以如图2(b)所示，针对多个光纤插入孔45彼此共同地进行设 置。可以利用一个板片53 —次覆盖多个光纤插入孔45，从而使组装作业变得容易。
优选板片53如专利文献1所公开的那样，具有抑制返回光噪声的功能。通过使板 片53的折射率与光纤35的折射率一致，可以减少边界处的反射光，使VCSEL的噪声级别降 低，从而进行稳定的光传送。 另外，优选树脂材料49为混入了抑制热膨胀率的调整粒子材料的粘结剂。通过对 树脂材料49和调整粒子材料的混合率进行调整，使树脂材料49的平均或者等价热膨胀特 性与光纤35及光电变换元件31匹配，或者成为它们的中间值，由此，可以提高热应力(热 应变)的缓和效果。 光模块100可以采用下述结构，即，使光电变换元件31的凸点41贯穿板片53，与 形成于光插芯33的结合面43上的电极47电气地连接。根据这种结构，消除了板片53的 附着设置位置的制约，提高了作业性。例如，也可以在光插芯33的结合面43的整个区域上 附着设置板片53。在此情况下，树脂材料49设置为覆盖光电变换元件31和光插芯33的间 隙。 可以利用树脂材料49或者塑模树脂55 (参照图4)覆盖光电变换元件31的整体、包含光电变换元件31和光插芯33的间隔在内的至少光插芯33的一部分、以及光纤定位部 件。在图例中，塑模树脂55兼作光纤定位部件。光纤定位部件也可以是专用的固定块57 等，在此情况下，固定块57由塑模树脂55固定。如上述所示，塑模树脂55包覆光电变换元 件31、光插芯33、以及光纤定位部件(固定块57)，而使光电变换元件31、光插芯33以及光 纤35成为更坚固的一体固定构造。 此外，在图4中示出插入有光纤35的光纤预装光模块100A，但塑模树脂55的一体 塑模构造，如图1所示，也可以适用于光纤后组装用的光模块100。在此情况下，将固定块 57的安装开口 59(参照图1)除外而利用塑模树脂55进行塑模。 可以由树脂材料49兼作塑模树脂55。由此，使用单一的树脂材料49，可以填充光 电变换元件31和光插芯33的间隙，对光电变换元件31和光插芯33进行塑模包覆，可以减 少所使用树脂材料的种类以及制造工序数。 如上述所示，在上述的光模块100中，可以防止在后续工序中涂布的芯片加强用 的树脂材料49浸入至光路中。由于板片53与活性层39接触而覆盖开口部51，所以可以在 光纤35和活性层39之间预先确保光路，使芯片加强用的树脂材料49不必具有透明性。
另外，如上述所示，光模块100也可以构成为在光纤插入孔45中插入有光纤35的 光纤预装光模块100A。在此情况下，作为光纤35，除了石英类的多模GI (Graded Index)光 纤以外，可以使用多成分玻璃类的光纤或塑料光纤。可以得到使光纤35经由板片53与活 性层39抵接，从而不会由于光纤前端的抵接使活性层39破损的可靠性高的光纤预装光模 块IOOA。 根据上述的光模块100，由于利用与活性层39接触、用于阻止树脂材料49浸入的 板片53覆盖形成于光插芯33的结合面43上的光纤插入孔45的开口部51，所以可以防止 后续工序中涂布的芯片加强用的树脂材料49浸入至光路中。树脂材料49只要以确保可靠 性为目的而含有抑制热膨胀系数的调整粒子材料，确保高可靠性即可，也可以不是透明的， 由此，提高了材料选择的自由度。 通过在活性层39和开口部51之间设置板片53，可以确保光路的透明性，同时，可 以利用可靠性高的树脂材料49将光电变换元件31固定。另外，通过将板片53设置在开口 部51处，由此，即使作为由用户侧插入光纤35的光纤后组装用的光模块100A使用，也可以 防止由于光纤35与活性层39抵接而导致的元件破损。
下面，说明上述光模块的组装方法。 图3是说明图1所示的光模块的组装方法的制造工序图，图4是作为塑模树脂而 使用树脂材料的变形例的剖面图。 在组装光模块100时，首先，如图3 (a)所示，利用板片53覆盖形成于光插芯33的 结合面43上的光纤插入孔45的开口部51。 然后，如图3(b)所示，在光插芯33的结合面43上连接固定光电变换元件31。
在将光电变换元件31固定后，如图3(c)所示，在光电变换元件31和光插芯33的 结合面43之间填充树脂材料49。 由此，完成光纤后组装用的光模块100的组装。 另外，在光纤预装光模块100A的组装中，如图3(d)所示，继续向光纤插入孔45中 插入光纤35。
在插入光纤35后，将固定块57安装在安装开口 59中，将光纤35固定。根据需要
利用塑模树脂55进行包覆，完成图4所示的光纤预装光模块100A的组装。 根据该光模块的组装方法，即使填充树脂材料49，也可以利用板片53阻挡树脂材
料49，从而使其不会浸入光纤插入孔45中。由于利用板片53覆盖开口部51 ，所以可以不
必在意是否会发生浸入而进行树脂材料49的填充，可以得到较高的固定强度。另外，可以
得到使光纤35经由板片53与活性层39抵接，从而不会由于光纤前端的抵接而使活性层
39破损的可靠性高的光纤预装光模块100A。在由塑模树脂55包覆的光纤预装光模块100A
中，可以使光电变换元件31、光插芯33以及光纤35形成更坚固的一体固定构造。 因此，根据光模块的组装方法，可以得到确保光路的透明性，同时由可靠性高的树
脂材料49固定光电变换元件31的光纤后组装用的光模块100。 此外，作为光纤预装光模块100A的组装方法，也可以取代向完成上述组装的光纤 后组装用的光模块100的光纤插入孔45中插入光纤35，而在实施了向图3(b)所示的连接 固定有光电变换元件31的光插芯33的光纤插入孔45中插入光纤35的工序后，实施利用 塑模树脂55包覆光电变换元件31的整体、以及包含该光电变换元件31和光插芯33的结 合面43之间的间隔在内的至少光插芯33的一部分的工序，从而完成组装。
详细且参照特定的实施方式对本发明进行了说明，但在不脱离本发明的精神和主 旨范围内可以进行各种变更或修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。本申请基 于2008年4月4日申请的日本专利申请(特愿2008-098139)，在此引用其内容作为参照。
权利要求
一种光模块，其具有光电变换元件；以及光插芯，其构成为将该光电变换元件安装在一端面上，在与该光电变换元件的活性层对应的位置上贯穿形成光纤插入孔，在所述光电变换元件和所述光插芯之间填充树脂材料并进行硬化，该光模块的特征在于，利用与所述活性层接触且用于阻止所述树脂材料浸入的透明物质覆盖形成于所述光插芯的一端面上的所述光纤插入孔的开口部。
2. 如权利要求l所述的光模块，其特征在于， 所述透明物质是板片或者脂状物。
3. 如权利要求2所述的光模块，其特征在于，形成多个所述光纤插入孔，所述板片或者脂状物与该多个光纤插入孔分别对应地独立设置。
4. 如权利要求2所述的光模块，其特征在于，形成多个所述光纤插入孔，所述板片或者脂状物是针对该多个光纤插入孔彼此共同地 设置的。
5. 如权利要求l所述的光模块，其特征在于， 在所述光纤插入孔中插入有光纤。
6. 如权利要求l所述的光模块，其特征在于，所述光电变换元件的凸点贯穿所述透明物质，与形成于所述光模块的一端面上的电极 电气地连接。
7. 如权利要求l所述的光模块，其特征在于， 所述树脂材料是混入有抑制热膨胀率的调整粒子材料的粘结剂。
8. 如权利要求l所述的光模块，其特征在于，利用塑模树脂覆盖所述光电变换元件的整体以及包含该光电变换元件和所述光插芯 的间隔在内的至少所述光插芯的一部分。
9. 如权利要求8所述的光模块，其特征在于， 所述塑模树脂是所述树脂材料。
10. —种光模块的组装方法，其特征在于，实施下述工序 利用透明物质覆盖形成于光插芯的一端面上的光纤插入孔的开口部的工序； 在所述光插芯的一端面上连接固定光电变换元件的工序；以及 在所述光电变换元件和所述光插芯的一端面之间填充树脂材料的工序。
11. 一种光模块的组装方法，其特征在于，实施下述工序利用透明物质覆盖形成于光插芯的一端面上的光纤插入孔的开口部的工序； 在所述光插芯的一端面上连接固定光电变换元件的工序； 向所述光纤插入孔中插入光纤的工序；以及利用塑模树脂覆盖所述光电变换元件的整体以及包含该光电变换元件和所述光插芯 的间隔在内的至少所述光插芯的一部分的工序。
全文摘要
本发明得到一种光模块及其组装方法，该光模块可以防止树脂材料向光路中浸入，可以确保光路的透明性，同时由可靠性高的树脂材料固定光电变换元件。该光模块(100)具有光电变换元件(31)；以及光插芯(33)，其构成为将光电变换元件(31)安装在一端面(43)上，在与光电变换元件(31)的活性层(39)对应的位置上贯穿形成光纤插入孔(45)，在光电变换元件(31)和光插芯(33)之间填充树脂材料(49)并进行硬化，并利用与活性层(39)接触、用于阻止树脂材料(49)浸入的透明物质(53)覆盖形成于光插芯(33)的一端面(43)上的光纤插入孔(45)的开口部(51)。透明物质(53)可以是板片或者脂状物。板片或者脂状物可以与多个光纤插入孔(45)分别对应地独立设置。
文档编号H01S5/022GK101779151SQ200980100101
公开日2010年7月14日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月4日
发明者樱井涉, 田村充章 申请人:住友电气工业株式会社