專利名稱：光學(xué)組件及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及光電子領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及在光電子封裝與光纖連 接器之間容許光學(xué)連接和機(jī)械連接的光學(xué)組件。本發(fā)明還涉及形成這些光學(xué)組 件的方法。本發(fā)明特別適合于制造微光學(xué)元件組件，這種微光學(xué)元件組件包括 用于像發(fā)送器(TOSA)，接收器(ROSA)的光電子子組件(OSA)或收發(fā)機(jī) 光學(xué)子組件的外殼，并且這種微光學(xué)元件組件可以連接在光鄉(xiāng)f^接器上。
背景技術(shù)：
諸如激光二極管這類光電子器件被用于各種應(yīng)用，例如用在通信產(chǎn)4Li:?，F(xiàn) 有商業(yè)上的TOSA光學(xué)子組件采用的是基于含有激光二極管和監(jiān)視二極管的 TO罐型頭部組件的工徵行制造。典型的TO罐型封裝描述在例如美國(guó)專利申 請(qǐng)公開No.US2004/0240497Al中。這種頭部組件還具有光學(xué)透明的窗口或3tl竟， 以容許光信號(hào)傳到光電子器件或從光電子器件發(fā)出。為了將激光聚焦進(jìn)光學(xué)插 座內(nèi)，傳統(tǒng)的TO罐型TOSA封裝包含有圓柱形的機(jī)械T^件，這些機(jī)械子部 件相互對(duì)準(zhǔn)，并豐鵬接或粘結(jié)到位。
激光器在絲可靠性和穩(wěn)定、體錯(cuò)翻發(fā)送能力方面的性能取決于激光器 的工作纟鵬。假若在含有激光器的光電子封裝禾咹裝有這些封裝的光學(xué)組件上 施加顯著的熱負(fù)載，則會(huì)對(duì)這些封裝和組件內(nèi)的熱管理提出重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的 TO罐型密封封裝經(jīng)常采用KOVAR，合金，鐵鎳合金作為構(gòu)造材料。使用這種 材料是因?yàn)槠渚哂械臒崤蛎浵禂?shù)(CTE)能與玻璃和陶瓷的熱膨脹系數(shù)合適地 匹配，而后者的材料典型地用于穿進(jìn)需要密封的封裝的電學(xué)連接。典型±也，采 用KOVAR合金，因?yàn)槠渚哂袝?huì)激行激光器YAG焊接的育g力，會(huì)詠角保光學(xué)插座 在光學(xué)對(duì)y粒后緊固在TOSA基座上。然而，這種材料具有相對(duì)較低的熱導(dǎo)率。如此，從熱管理的觀點(diǎn)看，KOVAR的有用性受到限制。熱管理問(wèn)題例如在未冷 卻激光器管芯的情形下會(huì)變得特別重要，在這種情形下，高溫下的高頻鵬游 別富有挑戰(zhàn)性，并且處于系統(tǒng)內(nèi)繼續(xù)消耗越來(lái)越多功率的機(jī)架、路由器以及開 關(guān)的范圍內(nèi)。另外，由于KOVAR合金材料相對(duì)較高的成本，因此在形成TOSA 封裝時(shí)采用KOVAR合金會(huì)顯著地增加封裝的成本。因此，期望在光學(xué)組件內(nèi) 采用低成本的材料，該材料能容許插座進(jìn)行焊接，而且能提供有益的熱管理性 能。
目前，制造TO罐型光學(xué)組^W—個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施。這個(gè)制造基礎(chǔ)設(shè)施包括 例如YAG激光器焊接作業(yè)線，該YAG激光器焊接作業(yè)線典型地用于在將插座 內(nèi)的光纖與光電子元件有效光學(xué)對(duì) tt后、將TO罐型封裝焊接在光纖插座上。 激光焊接容許亞^tt級(jí)的對(duì)準(zhǔn)容差，而且正在成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其對(duì)^iTOSA 而言。期望的^J^共利用現(xiàn)有這禾中TO罐型制造基礎(chǔ)設(shè)施的光學(xué)組件及其形成 方法。另外，Mi^用觀點(diǎn)來(lái)看，由于存在著圍繞傳統(tǒng)TO罐型組件而設(shè)計(jì)的現(xiàn) 有基礎(chǔ)設(shè)施，因此能使用這類光學(xué)組件作為TO罐的替代品(drop-in)將是很有 用的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在現(xiàn)有技術(shù)中需要改進(jìn)的光學(xué)組件及其形成方法，期每消除與現(xiàn)有技 ^目關(guān)的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。
依照本發(fā)明的第一方面，提供一種光學(xué)組件。該光學(xué)組件包括光電子封
裝，包括含有單晶硅的基板和位于該基板上的光電子元件；光電子封裝外殼， 所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)；以及包括插座外殼的光學(xué)插座； 其中戶艦光學(xué)插座用焊接相對(duì)于戶服光電子封徵卜殼固定。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)組件。該光學(xué)組件包括光電子封 裝，包括基板和位于該 上的光電子元件；光電子封裝外殼，所述光電子封 裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)，其中所述封裝外殼包括其上安裝有所述光電子 封裝的基座，其中所述基座由鋅或其合金構(gòu)造而成；以及包括插座外殼的光學(xué) 插座；其中所述光學(xué)插座相對(duì)于所述光電子封裝外殼固定。
在本發(fā)明的示例性方面，所述光學(xué)插座外殼可以由鋅或其合金構(gòu)造而成。 所述光學(xué)插座可以通過(guò)激光焊接相對(duì)于所述光電子封裝外殼固定。所述光學(xué)組件還可以包括圍繞fM光學(xué)插座設(shè)置的對(duì)準(zhǔn)套筒，其中所自準(zhǔn)套筒激光焊接 在所述光學(xué)插座和戶艦光電子封裝外殼上，所艦準(zhǔn)套筒容許光纖與光電子元 件在焊接之前、沿著光纖的縱向和/或橫向相對(duì)準(zhǔn)。所述光學(xué)插座可以有利地 激光焊接在所述光電子封裝外^t。在其他方面，所述光電子封裝外殼還包括 壓配合在其上的金屬環(huán)，所述光學(xué)插座激光焊接在所述金屬環(huán)上。所述光電子 封裝可以本身是密封的。戶脫光電子封徵卜殼可以包括封裝基座上的封裝蓋板， 所述光電子封裝安裝在該外殼基座上。所述光電子封裝可以包括蓋板，該蓋板 包括粘附在基板上的單晶硅，蓋板圈起光電子元件設(shè)置的容積。所述光電子封 裝的基板可以包括第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，其中第二表面在 其內(nèi)具有局部變薄區(qū)域；禾哆個(gè)位于該局部變薄區(qū)域內(nèi)、延伸穿過(guò)基板到達(dá)第 一表面的導(dǎo)電微通路，其中所述光電子器件連接在導(dǎo)電微通路上。另外，所述 光學(xué)組件可以包括粘附在光電子封裝上的柔性電路。有利地是，所述光學(xué)組件
可以形成為TO罐型光學(xué)組件的替代品(drq>in)。所述光學(xué)組件可以具有的尺 寸使得其直45為4 或更小。在其他方面，戶皿光學(xué)插座是可以與MU或LC 光纖連接器進(jìn)《瑰接和相容的。在另外的方面，光隔離器可以安裝在所述光電 子封裝外殼或所述光學(xué)插座上。在又一方面，光纖可以設(shè)置在插座外殼內(nèi)。
依照本發(fā)明的另一方面，提供形成如上戶，光學(xué)組件的方法。該方&^括 (a)提供光電子封裝，所述光電子封裝包括含有單晶硅的基板和位于該基板上 的光電子元件；(b)提供光電子封裝外殼，所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封 裝外殼內(nèi)；(c)提供包括插座外殼的光學(xué)插座；(d)將所述光學(xué)插座有效iW 準(zhǔn)光電子元件；以及(e)在(d)之后，用焊接相對(duì)于所述光電子封裝外殼固
定戶;M光學(xué)插座。
依照本發(fā)明的另一方面，提供形成如上所述光學(xué)組件的方法。該方&M舌 (a)提供光電子封裝，所述光電子封裝包括含有單晶硅的 和基板上的光電 子元件；(b)提供光電子封裝外殼，所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼 內(nèi)，其中所^^寸裝外殼包括其上安裝有所述光電子封裝的基座，其中所述基座 由鋅或其合金構(gòu)造而成；(c)提供包括插座外殼的光學(xué)插座；(d)將所述光學(xué) 插座有效地對(duì)準(zhǔn)光電子元件；以及(e)在(d)之后，用焊接相對(duì)于所述光電 子封徵卜殼固定戶脫光學(xué)插座。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種發(fā)送器光學(xué)子組件(TOSA)。該，器光學(xué)子組件包括光電子封裝，包括,和位于該SI反上的光電子元件；光電 子封裝外殼，所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)；以及包括插座外殼 的光學(xué)插座；其中所述子組件具有下列性質(zhì)中的兩個(gè)或多個(gè)(a)適合于在 10Gb/s或更高 速率下工作；(b)具有小于4mm的直徑和小于14mm的長(zhǎng) 度；或(c)具有可以支持五個(gè)或更多引線的電互連密度。
依照本發(fā)明的再一方面，Jil共包括如上所述的光學(xué)組件或TOSA的收發(fā)禾幾。 如這里所用地，術(shù)譜'一"包括'一個(gè)或多個(gè)，；"在...上"和"在...之上，在確定 空間關(guān)系時(shí)可以互換使用，并且涵蓋存在或不存在插入層或結(jié)構(gòu)的情況；"微結(jié) 構(gòu)"指的是用微制造或納米帝IJ紅藝形成的結(jié)構(gòu)，典型地為但不限于為晶片級(jí)； "晶片級(jí)"指的是與任一基板所產(chǎn)生的工藝，多個(gè)管芯由該基板形成，如果多個(gè) 管芯是由該同一基板或同一基板部分形成，那么該基板包括例如整個(gè)晶片或其 一部分；"金屬"包括金屬合金，除非具體限定為一種元素金屬，例如,屬。


參看下列附圖將說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中相同的參考數(shù)字標(biāo)相同的特征，其
中
圖1示出依照本發(fā)明的一種示例性光學(xué)組件的立體圖； 圖2示出圖1所示的示例性光學(xué)組件的橫截面圖； 圖3示出圖1所示的示例性光學(xué)組件的分解圖； 圖4示出一種包含在圖1所示光學(xué)組件內(nèi)的示例性光電子封裝； 圖5示出圖4所示光電子封裝的示例性光電子封裝繊的立體圖； 圖6A-B示出依照本發(fā)明的一種示例性光學(xué)組件的橫截面圖和端面圖； 圖7示出依照本發(fā)明的一種示例性收發(fā)機(jī)的背面立體圖； 圖8示出依照本發(fā)明、如圖7所示的示例性收發(fā)機(jī)的正面立體圖； 圖9示出在如圖7所示的示例性收發(fā)機(jī)內(nèi)的一種示例性TOSA和ROSA的 立體圖10示出依照本發(fā)明、用柔性電路連接在印刷電路板上的一種示例性 TOSA的立體圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，參看圖l-3描述本發(fā)明，這些附圖分別以立體圖、橫截面圖和分解圖 描繪依照本發(fā)明的一種示例性TOSA光學(xué)組件1 。盡管圖示的光學(xué)組件是TOSA， 但是應(yīng)當(dāng)清楚，這些光學(xué)組件也可以應(yīng)用于ROSA以及收發(fā)機(jī)光學(xué)組件。光學(xué) 組件1包括光電子封裝3。該光電子封裝包括基板5，各，面特征形皿該基 板5的上表面7之內(nèi)和/或之上。基板5典型地是由呈晶片或芯片形的半導(dǎo)體 材料像硅形成，例如<100>單晶硅、硅絕緣體(SOI)、砷化鎵、磷化銦或鈮MI里， 或者由陶瓷、聚合物形成，或者由金屬形成。典型地，基板是由單晶硅或單晶 硅絕緣體(SOI)像<100>單晶硅形成。 一個(gè)或多個(gè)光電子元件2、 9以及任選的 一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件像球透鏡11粘結(jié)在基板的上表面7上。典型地，在光電子 封裝上得至U應(yīng)用的光電子器件包括例如激光器管芯，像邊緣刻寸型激光器、垂 直腔表面激才型激光器(VCSEL)和泵浦激光器，傳繊和光電探測(cè)器。圖示 的組件包括激光器管芯9和監(jiān)控光電二極管2。典型地，用在光電子封裝3上的 光學(xué)部件包括例如光纖，透鏡，像球透鏡、模制玻璃透鏡，濾光器以及光隔離 器。在光電子封裝上得到應(yīng)用的典型電子器件包括例如電阻器，電感器，電容 器，互KfC放大器以及對(duì)郊m傳輸線和3^。
S^^i:表面7包括一個(gè)或多個(gè)形成在其內(nèi)或其上、用于保持各，件的表面 特征。這些表面特征包括例如槽，像用于保持光纖的V槽或U槽，用于保持透 鏡像球透鏡的坑8，以及用于電學(xué)連接光電子元件9的金屬特征。典型的金屬特 征包括例如接觸墊，光電子元件9焊接在該接觸墊上，金屬線，金屬iM5各15
以及用于連接到電源的焊盤。這些槽和坑可以用已知的掩模和濕或^m刻技術(shù)
形成，而這些金屬化結(jié)構(gòu)可以用濺射、蒸發(fā)、電鍍和/或蝕刻技術(shù)形成。
如圖4-5所示，在這個(gè)示例性光電T^寸裝3內(nèi)，Sl反5在其表面內(nèi)具有局部 變薄的區(qū)域13，金屬線18以及位于該局部變薄區(qū)域內(nèi)、延伸穿過(guò)SI反并用于向 光電子元件9 (監(jiān)控光電二極管，未示出)提供電學(xué)連接的多個(gè)導(dǎo)電M^各15。 如圖所示，光電子元件9可以設(shè)置在基板其內(nèi)形成有局部變薄區(qū)域和導(dǎo)電iK各 15的表面相對(duì)的表面上。或者，該電子器件可以設(shè)置在形成蓋板17的單獨(dú)SI及 上，該蓋板17密封含有通路的繊5。封驢板17圍起一個(gè)其內(nèi)設(shè)置光電子元 件9的容積20，該容積典型地被密封起來(lái)。蓋板可以由，材料形成。蓋板或 封裝的其他部分包括一光學(xué)直通，例如蓋板材料本身的一個(gè)窗口或一部分，以 容許MtA封裝內(nèi)和/或,Ai寸裝出去。典型地，蓋板17是由單晶硅或單晶硅絕緣體(SOI)像<100〉單晶硅形成，使得蓋板和基板都可以由單晶硅材料形成。與光電^i寸裝3的電學(xué)連接可以用招可已知的手棘實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)示例性實(shí)施例中，柔性電路19就是為此目的而設(shè)置地，當(dāng)然也可以采用另外合適的載體 像陶瓷或玻璃光纖接線板。柔性電路的焊盤21焊接在光電子封裝3下面的相應(yīng) 球形柵格陣列焊接位置上，這些焊盤21電學(xué)連接在導(dǎo)電微通路15和光電子器 件9上。賞爐路和焊5斜目組合掛共了致密的電學(xué)互連結(jié)構(gòu)，從而容許緊湊的OSA 具有高達(dá)12個(gè)或更多的電學(xué)連接。再次參看圖1一3，還設(shè)有光電子封裝基座23，光電子封裝3設(shè)置在光電子 封裝基座23之上。該封裝基座可以例如由機(jī)械加工的、模制的例如^1#莫塑的 壓鑄件，金屬^lt模塑的或，莫壓成型的金屬和合金或塑料，包括導(dǎo)熱塑料構(gòu)造。 有利地是，該封裝基座可以由鋅或其合金構(gòu)造，例如鋅鋁合金，像ZA-8合金 (8wt%Al)。為提高可焊性的目的，期望用一個(gè)或多個(gè)金屬層，像外涂S^的鎳、 激卜涂覆鎳的銅、或其他魏的涂層或電鍍層涂覆封裝基座23和/ ^i寸徵卜殼的其他部分。在本發(fā)明的封裝基座23和光學(xué)組件的其他各個(gè)部件上如上戶;M使用鋅或鋅合金的優(yōu)點(diǎn)在于它提供了具有優(yōu)良熱傳遞和機(jī)械性能(例如強(qiáng)度和硬 度)的低成本材料。例如，ZA-8 !^金的熱導(dǎo)率約為115W/mK，而KOVAR 合金的熱導(dǎo)率僅為17W/mK。另外，典型的^金可以^E鑄件，從而使形成 的部件具有低成本，而且還是激光器可焊接的。光電子封裝蓋25設(shè)置用來(lái)圍起光電Ti寸裝3，以提供保護(hù)避免操作失誤和 /或環(huán)境因素的影響。封蓋25可以由如上戶;M^寸裝基座所用的材料形成，并且 典型地是由粘附在封裝基座23上的模壓成型金屬形成。封裝基座23和封蓋25 可以由相同或不同的材料形成。封蓋25典型地由不f辯R、鋅或其合金形成?？?以用搭扣配合的方式，，其他技術(shù)像焊接或粘結(jié)技術(shù)將封蓋25粘附在基座23 上。封裝基座23和封裝蓋25形成光電子封裝3的外殼。這樣，就J^共了位于封 裝內(nèi)的光電子封裝。封裝外殼提供一種或多種功能，包括例如當(dāng)組裝光學(xué)組件 時(shí)提供對(duì)準(zhǔn)，散熱，以除去光電子器件產(chǎn)生的不必要的熱，應(yīng)變消除，以消除 柔性電路19受至啲應(yīng)九對(duì)光電子封裝3提供機(jī)械《尉戶，安裝到印刷電路板或其他電子基板的安裝能力，以及隔熱，以避免在后來(lái)的焊接工藝過(guò)程中在較早 形成的焊接點(diǎn)處出現(xiàn)焊料回流。光電子封，卜殼可以采用單片結(jié)構(gòu)的形式，或者如該示例性結(jié)構(gòu)所示的，采用多個(gè)構(gòu)州象封裝基座23和封蓋25的形式。
該光學(xué)封徵卜殼可以任選地包括用于保持一個(gè)或多個(gè)部件的設(shè)備，這些一個(gè) 或多個(gè)部件例如是上面描述的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，如光纖、透鏡像球透鏡、 濾光器和光隔離器49。因此，這樣的結(jié)構(gòu)容許用于具有較小車tt (footprint)的 封裝，并能提供改進(jìn)的可制造性。例如，圖2和3示出光隔離器49，它包括石 榴石28、磁鐵30以及集成在封裝外^il的隔離器^l及4。該光隔離器49或如
上所述的其他光學(xué)部件可以任選地安裝至恍學(xué)組件的另一部分上，例如安裝在 光學(xué)插座33像套圈插座上。
光電子封徵卜殼可以包括開口，例如，狹槽29，柔性電路19穿過(guò)該狹槽29 進(jìn)入密封封裝內(nèi)。在該示例性結(jié)構(gòu)內(nèi)的狹槽29由封裝基座23與封蓋25之間的 開口形成。狹槽29在柔性電路19周圍的開口區(qū)域可以例如用環(huán)氧樹脂或粘合 劑31密封。這樣的密封容i^if共密封式的封裝，而且還對(duì)柔性電路提供應(yīng)變消 除，以保護(hù)柔弱的焊接連接。
本發(fā)明的光學(xué)組件還包括光學(xué)插座33。該光學(xué)插座提供用來(lái)與光連接器(未 示出)光學(xué)地和機(jī)械地配合，該光連接器例如是含有光纖套圈的光纖連接器。 該光連接器可以粘附在例如光纖尾段上。如圖所示，光學(xué)插座33可以是光學(xué)套 圈插座，但并不限于此。如圖所示，光學(xué)插座33包括插座外殼35，該插座外殼 35在外部由金屬構(gòu)造而成，并且典型地包含有分離的陶瓷套管36，以與光連接 器對(duì)準(zhǔn)。插座外殼35可以例如由不f辯附勾造成，或者有利地，由鋅或其合金例 如鋅鋁合金像ZA-8合金構(gòu)造成。期望地是用一種或多種金屬層，像外涂覆金的 鎳、外涂覆鎳的銅或其他合適的涂層或電鍍層涂覆外殼或外殼的部分。光學(xué)插 座33可以包括雙側(cè)拋光的套管殘段37， 一段長(zhǎng)度的光纖歹楚i 39位于該套管殘 段37之內(nèi)，該光纖殘段39例如是商業(yè)上可以獲得的如從Kyocera Corporation 獲得的光纖殘段。另外，還可以想像地是光學(xué)插座是沒(méi)有包含套管或光纖的光 學(xué)插座。光學(xué)外殼例如可以包含除光纖外的其他光學(xué)元件，像用于在光學(xué)插座 內(nèi)將光聚焦或準(zhǔn)直的透鏡。
光學(xué)插座33可以直接或間接纟 接到封默卜^1:。在圖示的光學(xué)組件1里， 用Z套筒41在插座33與封徵卜殼之間提供間接的連接。該Z套筒設(shè)置用來(lái)容 許沿著光學(xué)插座33的縱軸在光學(xué)插座與光電子元件9之間實(shí)現(xiàn)有效的光學(xué)對(duì) 準(zhǔn)。光學(xué)插座與Z套筒沿該縱軸彼此滑動(dòng)接合，直至例如用激光焊接相互固定起來(lái)。Z套筒上光學(xué)插座相反一側(cè)的表面43設(shè)置用來(lái)與封徵卜殼的表面45相 配合。在該示例性結(jié)構(gòu)中，配合表面45位于封裝外殼的 基座部分上，并且 與通 L 47 —起具有環(huán)形開別犬，該通孔47設(shè)置用來(lái)容許光信號(hào)穿過(guò)。Z套筒的 表面43與封徵卜殼的酉己合表面45滑動(dòng)接觸，并且相對(duì)于封徵卜殼的配合表面 45橫向地(沿x-y方向)移動(dòng)，直至例如用激光焊接相互固定起來(lái)。該光學(xué)組 件還可以在封裝外殼與光學(xué)插座之間的光路上包括窗口，該窗口典型地由玻璃 制成。雖然該示例性組件以圓柱形的形式示出，但是應(yīng)當(dāng)清楚，其他形狀例如 矩形以及其組合也是可以采用的。
光學(xué)組件1還可以包括容許在各種部件進(jìn)行被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的表面特征。例如，可 以設(shè)置用于被動(dòng)地定^^性電路19的對(duì)準(zhǔn)銷，在封裝基座23內(nèi)用于被動(dòng)地定 位光學(xué)封裝3的溝道和/或升高區(qū)域。
如上臓，采用鋅或鋅合金例如,維合金像ZA-8合金來(lái)制作光電子封裝基 座23、封蓋25、包含插座33和光學(xué)組件其他部分的光學(xué)外殼與KOVAR合金 相比，可以提供各種優(yōu)點(diǎn)，像低成本和優(yōu)良的熱導(dǎo)率。上述可以用鋅和鋅合金 制造的光學(xué)組件的其他示例性部件包括插座部分，像插座外殼35和插座保持器 38，該插座外殼35和插座保持器38 —起保持著陶瓷套筒36和含有光纖殘段39 的光纖套管37，還包括光學(xué)套管插座，對(duì)準(zhǔn)套筒像Z套筒41以及其他部件。 從材料成本及其相關(guān)的制造成本看，能用鋅或鋅合金例如用鋅壓鑄件制造這些 部分這種能力f嫩顯著地節(jié)約成本。
圖6A-B示出依照本發(fā)明另一方面的示例性光學(xué)組件的* 面圖和端面圖。 在這種組件里，光電子封裝基座23可以由鋅、銅及其合金，或其他與金屬注射 模塑(MM)或硬模鑄造相容的、能夠顯示出良好熱導(dǎo)率性能的材料形成。這 些材料還期望具有低成本。如上所述，為可焊性的目的，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)
金屬涂層或電鍍層。當(dāng)希望使用較高成本的材料Mi行激光焊接時(shí)，可以將激
光可焊接材料例如KOVAR合金或不銹鋼的環(huán)47附接在光電子封裝基座23要 焊接光學(xué)插座的表面上。該環(huán)47例如可以是按壓配合在封裝基座23上。這樣， 較昂貴的焊接材料的材料容積能夠得以減小，從而降低材料成本，同時(shí)還能提 供較低成本的焊接封裝外殼。這樣的環(huán)結(jié)構(gòu)也可以用于光學(xué)組件內(nèi)要焊接的其 他部件。
有利地是，本發(fā)明的光學(xué)組件可以使用現(xiàn)有的TO罐型基礎(chǔ)設(shè)施例如用YAG激光焊接的方式任選i艦準(zhǔn)和焊接。例如，在圖1一3戰(zhàn)的光學(xué)組件瞎形中， 光學(xué)插座33相對(duì)于光電子元件9沿其縱軸(z方向)可以移動(dòng)，同時(shí)該插座與 Z套筒41 一起可以沿光電子封徵卜殼的表面45在xy方向上橫向地滑動(dòng)。在沿 z方向有效對(duì)準(zhǔn)光學(xué)插座之后，插座可以激光焊接在Z套筒41上。接下來(lái)，插 座和Z套筒41可以沿x-y方向有效地對(duì)準(zhǔn)， 一旦對(duì)準(zhǔn)，Z套筒41可以激光焊接 在封，卜殼表面45上?，F(xiàn)在，參看圖1和圖4描述這種示例性光學(xué)組件的操作。將TOSA器件1 用作例子，發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)M將柔性電路連接到光電子封裝掛反5下側(cè)的焊 料連接，再通,微iK各15，沿著設(shè)置在封裝對(duì)及上表面7上的傳輸線18，并沿 著柔性電路19的傳輸線傳播，到達(dá)光電子器件9像激光二極管。調(diào)制的激光光 信號(hào)用透鏡11收集、聚焦并耦合進(jìn)光學(xué)插座33其陶瓷套管37的光纖殘段39 內(nèi)，該陶瓷套管37用于與插進(jìn)插座33內(nèi)、以與套管37相配合的配合套管(未 示出)相連。依照其他方面，本發(fā)明容許制造緊湊的、尺寸減小的TOSA，其適合于以高 數(shù)據(jù)速率工作，例如10Gb/S或更高，例如25 40Gb/s，并且該TOSA具有小 于例如4mm的直徑和例如小于14mm的長(zhǎng)度。另外，該光學(xué)組件可以具有能支 持高達(dá)十二或更多引線的電互連密度。該TOSA可以用在高娜速率、小波形 因數(shù)的收發(fā)機(jī)內(nèi)，像新興的SFP+波形因數(shù)。這種緊湊型TOSA因其更高的 速率可以任選地被用來(lái)替代目前在SFP型收發(fā)機(jī)內(nèi)使用的較低數(shù)據(jù)速率的単模 TOSA。本發(fā)明的光學(xué)組件容許提高光學(xué)端口的密度。例如，圖7描繪依照本發(fā)明的 示例性收發(fā)機(jī)50的背面立體圖。該收發(fā)t幾包含有一個(gè)利用窄MU光纖連接器的 緊湊型TOSA。該收發(fā)機(jī)包括典型的桶形閉鎖機(jī)構(gòu)51和熱可^iM連接器52。該 收發(fā)機(jī)還具有一個(gè)發(fā)送器，以接收例如節(jié)距為4.5mm、寬度為11.2mm的光學(xué) 端口 53 (參看Telecommunications Industry Association document TLA-604-17， "Fiber Optic Connector Intermateability Standar《Type感尸)。圖8示出圖7所示相 同收發(fā)機(jī)50的正面立體圖。因?yàn)镾FP收發(fā)機(jī)的寬度典型地為13.5mrn，所以 而器件能夠提高線性端口密度大約17%。 ffl31斷氐收發(fā)機(jī)的高度，還可以實(shí) 現(xiàn)表面密度的進(jìn)一步提高。圖9示出安M MU基收發(fā)機(jī)50上的，光學(xué)組件1的立體圖。該收發(fā)機(jī)包含托架54，該托架54在頂靦沿著光軸定位TOSA1和ROSA 53 。
圖10示出在例如M;減小PCB邊緣到TOSA 1背面的距離從而可以減小可
用的PCB面積的結(jié)構(gòu)中，如上戶/M位于MU收發(fā)機(jī)50內(nèi)的光學(xué)組件1通過(guò)柔
性電路19連接到收發(fā)機(jī)印刷電路板(PCB) 58。在這種器件里，由PCB上的
激光器驅(qū)動(dòng)集成電路發(fā)出的電信號(hào)傳播到柔性電路19，并傳播到硅封裝5，然
后通過(guò)貨M路15，橫穿傳輸線18，到達(dá)激光器9。
盡管參看本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但^^f屬領(lǐng)域的普通技術(shù)
人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍下可以對(duì)本發(fā)明作出各種改變和改進(jìn)及
等同變化。
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)組件，包括光電子封裝，包括含有單晶硅的基板和位于該基板上的光電子元件；光電子封裝外殼，所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)；以及包括插座外殼的光學(xué)插座；其中，所述光學(xué)插座通過(guò)焊接相對(duì)于所述光電子封裝外殼固定。
2. —種光學(xué)組件，包括光電子封裝，包括對(duì)反和位于該 上的光電子元件；光電子封裝外殼，所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)，其中，所 述光電子封裝外殼包括其上安裝有所述光電子封裝的基座，所述基座由鋅或其 合金構(gòu)造而成；以及包括插座外殼的光學(xué)插座；其中，所述光學(xué)插座相對(duì)于所述光電子封裝外殼固定。
3. 如權(quán)利要求1或2的光學(xué)組件，其特征在于，戶皿光學(xué)插座外殼由鋅或 其合金構(gòu)造而成。
4. 如權(quán)利要求1一3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)組件，其特征在于，還 包括圍繞所述光學(xué)插座設(shè)置的對(duì)準(zhǔn)套筒，其中，所述對(duì)準(zhǔn)套筒激光焊接在所述 光學(xué)插座和所述光電子封，卜殼上，所述對(duì)準(zhǔn)套筒容許光纖與光電子元件在焊 接之前沿光纖的縱向和/或橫向?qū)?zhǔn)。
5. 如權(quán)利要求1一4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)組件，其特征在于，所述光學(xué)插座激光焊接在戶/M光電子封徵卜^Jl。
6. 如權(quán)禾腰求l-5中任一項(xiàng)權(quán)禾腰求戶腿的光學(xué)組件，其特征在于，所 述光電子封裝外殼還包括壓配合在其上的金屬環(huán)，其中所述光學(xué)插座激光焊接 在所述金屬環(huán)上。
7. 如權(quán)利要求1—6中任一項(xiàng)權(quán)利要求戶腐的光學(xué)組件，其特征在于，還包括安^E戶;f^光電子封徵卜殼^^M光學(xué)插座上的光隔離器。
8. 如權(quán)利要求1一7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)組件，其特征在于，所 述光電子封裝外殼包括封裝基座上的封裝蓋板，其中所述光電子封裝安裝在該 外殼基座上。
9. 一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求1—8中任一項(xiàng)權(quán)利要求戶/M的光學(xué)組件。
10. —種發(fā)送器光學(xué)子組件，包括光電子封裝，包括^^反和{立于該 ±的光電子元件；光電子封默卜殼，其中所述光電子封裝設(shè)置在該光電子封裝外殼內(nèi)；以及包括插座外殼的光學(xué)插座；其中，所述發(fā)送器光學(xué)子組件具有下列性質(zhì)中的兩個(gè)或多個(gè)(a) 適合于在10Gb/s或更高的 速率下工作；(b) 具有小于4mm的直徑和小于14mm的長(zhǎng)度；或(c) 具有可以支持五個(gè)或更多弓踐的電互連密度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在光電子封裝與光學(xué)插座之間容許光學(xué)連接和機(jī)械連接的光學(xué)組件。本發(fā)明特別適合應(yīng)用于形成微光學(xué)元件組件的光電子工業(yè)。
文檔編號(hào)G02B6/38GK101303439SQ200810109300
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者C·E·蓋厄博, D·W·謝瑞兒, J·W·蓋茲, W·K·霍甘 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司