具有陶瓷封装的光学装置的光学组件 技术领域 本发明涉及与外部光纤光耦合的光学组件， 本发明尤其涉及设置有用于安装半导 体光学装置的多层陶瓷封装的光学组件。
背景技术 美国已公布专利 USP 7,476,040 披露了一种光学组件 ( 下文中表示为 OSA)， 其包 括安装半导体装置的陶瓷封装， 以及柔性印刷电路 (FPC) 板， 该柔性印刷电路板安装至具 有球栅阵列 (BGA) 的陶瓷封装的底部， 以便将组件与电路板电连接。
该专利所披露的陶瓷封装具有 ： 过渡帽， 其由金属制成 ； 以及光耦合器， 其容纳待 与陶瓷封装中的光转换器耦合的外部光纤。 通过使光耦合器与金属帽电绝缘的粘合剂将光 耦合器与帽的圆柱部装配在一起。金属帽安装至密封环， 并且利用导通孔将该密封环电力 引导至封装底部。从而， 所披露的 OSA 的帽经由导通孔和 FPC 板与电路接地端连接。在光 耦合器与过渡帽之间设置粘合剂只起到电绝缘的作用。
此外， 光转换器和其它电子元件安装在多层陶瓷封装中形成有布线图案的上表面 上。专利中披露的 OSA 将光转换器和其它电子元件以倒装芯片布置的方式直接安装在布线 图案上， 以便减小寄生元件的电连接。 从光转换器至光转换器附近的转移阻抗放大器 (ITA) 的直接布线只减小属于该布线的寄生元件。
发明内容 本发明的一方面提供一种用于诸如光收发机等光学仪器中的 OSA。本发明的 OSA 具有以下特征 ： OSA 包括光学装置、 耦合部和连接部。安装有诸如光收发机等半导体光学装 置的光学装置包括多个陶瓷层、 金属盖和位于陶瓷层的上表面与盖之间的密封环 ； 耦合部 容纳与半导体光学装置光耦合的外部光纤， 并且连接部将光学装置与耦合部装配一起。在 本发明的 OSA 中， 连接部焊接至光学装置的金属盖。
光学装置的陶瓷封装可以包括至少三个陶瓷层， 即下陶瓷层、 中间陶瓷层和上陶 瓷层。半导体光学装置可以安装在下陶瓷层的在开口中露出的上表面上， 所述开口形成在 中间陶瓷层中。中间陶瓷层的上表面可以设置导电图案， 该导电图案使用多个导通孔来与 设置在下陶瓷层的下表面中的导电图案连接。
在一个实施例中， 中间陶瓷层的厚度可以与半导体光学装置的厚度大致相同， 从 而， 中间陶瓷层的上表面的水平位置与半导体光学装置的上表面的水平位置等高， 从而可 以缩短将半导体光学装置与中间陶瓷层上的导电图案电连接的焊线的长度。
在一个实施例中， 光耦合部可以由金属制成， 并且连接部也可以由金属制成， 因 此， 光耦合部可以通过连接部和金属盖来与密封环电连接。 然而， 光耦合部可以与形成在中 间陶瓷层的上表面上的导电图案电绝缘。当 OSA 安装在具有导电壳体的光收发机内， 并且 用从下陶瓷层的底部伸出的 FPC 板将光学装置与光收发机中的电路连接在一起时， 耦合部 和连接部可以与光收发机电路的信号接地端电绝缘， 但是使设置在收发机的导电壳体中的
框架接地， 从而可以提高光收发机的 EMI( 电磁干扰 ) 耐受度。
在一个实施例中， OSA 可以具有作为半导体装置的激光二级管 (LD)， 该 LD 的光轴 与陶瓷封装的基表面大致平行。光学装置还可以设置有光学元件和监测光电二级管 (PD)。 光学元件将从 LD 发出的一部分光朝向与陶瓷封装的基表面大致垂直的方向反射， 并且光 学元件将另一部分光朝向监测 PD 折射。在 OSA 中， LD、 光学元件和监测 PD 可以安装在下陶 瓷层的在中间层的开口中露出的上表面上。
在 LD 的布置中， LD 可以安装在基座的上表面上， 并且基座可以安装在下陶瓷层的 上表面上。基座的上表面的水平位置可以与中间陶瓷层的上表面大致等高。从而， 该布置 可以缩短将中间陶瓷层上的导电图案与基座的上表面上的导电图案电连接的焊线的长度。
在一个实施例中， OSA 可以设置有作为光学元件的棱镜。棱镜可以具有朝向 LD 的 光入射表面和朝向监测 PD 的光发射表面。此外， 棱镜的光入射表面相对于陶瓷封装的基表 面成大致 45°角。另外， 棱镜可以具有朝向安装 LD 的基座的另一个表面。棱镜的该另一个 表面的下侧可以具有倒角， 从而提供在安装基座时容纳溢出的多余焊料的凹槽。
在另一实施例中， OSA 可以具有作为半导体光学装置的 PD。盖的中部可以固定透 镜。PD 可以接收由外部光纤提供并且由透镜会聚的光。
在另一个实施例中， OSA 可以具有作为半导体光学装置的 VCSEL( 垂直腔面发射激 光二极管 ) 和监测从 VCSEL 的后面发出的光的监测 PD。监测 PD 可以安装在上述实施例中 提到的下陶瓷层的上表面上。现有类型的 OSA 中的 VCSEL 可以安装在中间陶瓷层的上表面 上。在该类型 OSA 的变型布置中， 上陶瓷层可以包括第一上陶瓷层和在第一上陶瓷层之上 的第二上陶瓷层。第一上陶瓷层可以设置开口， 该开口比设置在第一上陶瓷层之下的层的 开口大并且与第一上陶瓷层之下的层的开口对准。 VCSEL 可以安装在中间陶瓷层的上部， 而 监测 PD 可以安装在 VCSEL 正下方的下陶瓷层的上表面上。该类型的 OSA 的光学布置可以 提高 VCSEL 与监测 PD 之间的耦合效率。
陶瓷封装可以具有大致矩形形状。 下陶瓷层可以在矩形的至少一个缘部上设置半 导通孔。即使在 FPC 板焊接至半导通孔上之后该半导通孔也仍向外敞开， 因此可以在视觉 上检查焊料的可湿性。
下陶瓷层的宽度可以小于中间层的宽度， 其中中间陶瓷层的缘部相对于下陶瓷层 形成突出部。当 FPC 板从中间陶瓷层中形成有突出部的缘部向外伸出时， FPC 板可以在中 间陶瓷层的缘部附近弯曲。 FPC 板的承载高速电信号的导电图案可以与半导通孔连接， 该半 导通孔设置在伸出 FPC 板的缘部上。在该实施例中， 高速信号在 FPC 板中的最短导电图案 上传输， 可以抑制信号退化。另一方面， FPC 板的承载包含低频或 DC 成分的低速或 DC 电信 号的导电图案可以与设置在下陶瓷层的一个缘部中的半导通孔连接并且与设置在中间陶 瓷层的缘部中的半导通孔连续， 其中下陶瓷层中的半导通孔与中间陶瓷层中的半导通孔对 准。
本 OSA 的陶瓷封装可以具有至多 2mm 的厚度。陶瓷层过厚会增加成本。密封环的 剖面可以具有小于 1.5 的长宽比， 该密封环可以通过挤压 Kovar 进行加工以降低成本。盖 可以由铁 (Fe) 和镍 (Ni) 的合金制成， 而连接部可以由不锈钢制成。线性热膨胀系数顺序 地变大， 从而可以提高生产率， 尤其是盖与密封环之间的接缝密封和连接部与盖的 YGA 激 光焊接。附图说明 参考附图， 从本发明的优选实施例的详细描述将更好地理解上述及其它用途、 方 面和优点。
图 1 是根据本发明第一实施例的 OSA 的透视图 ；
图 2 示出了图 1 所示的 OSA 的剖面图 ；
图 3 是图 1 所示的 OSA 的主要部分的放大图 ；
图 4 是根据本发明第二实施例的 OSA 的透视图， 其中 OSA 的局部被切除以示出 OSA 的内部 ；
图 5 是图 4 中所示的光学装置的内部的放大图 ；
图 6 是光学装置的内部的进一步放大的放大图， 其中剖开设置在光学装置中的多 层陶瓷封装以示出其堆垛布置 ；
图 7 示出了图 4 至图 6 所示的光学装置的光耦合布置 ；
图 8 示出了根据本发明第三实施例的另一种光学装置的内部 ；
图 9 是设置在图 8 所示光学装置中的多层陶瓷封装的剖面图 ；
图 10 是根据本发明第三实施例的 OSA 的剖面图 ； 图 11 是配置有图 1、 图 4 或图 8 所示的 OSA 的光收发机的剖面图 ； 图 12 是根据本发明第四实施例的另一种 OSA 的仰视图 ； 图 13 是图 12 所示的第四实施例的 OSA 的特征部的放大图 ； 以及 图 14 是根据本发明第五实施例的 OSA 的仰视图， 该 OSA 由图 12 所示的 OSA 变形得到。 具体实施方式
下面， 参考附图描述根据本发明的优选实施例。
( 第一实施例 )
图 1 是根据本发明第一实施例的 OSA 1 的透视图 ； 图 2 是 OSA1 的剖面图 ； 以及图 3 是 OSA 1 的主要部分的放大图。OSA 1 可以是 ： 发射机 OSA(TOSA)， 其包括发光装置， 一般 为半导体激光二极管 ( 下文中简称 LD) ； 或者接收机 OSA(ROSA)， 其包括半导体光接收装置， 一般为光电二极管 ( 下文简称 PD)。根据本实施例的 OSA 1 包括耦合部 40、 连接部 30、 光学 装置 20 和柔性印刷电路 ( 下文简称 FPC) 板 10。
光学装置 20 包括多层陶瓷封装 21， 该多层陶瓷封装 21 包括下陶瓷层 22、 中间陶 瓷层 23 和上陶瓷层 24 三层。中间陶瓷层 23 设置在下陶瓷层 22 上， 而上陶瓷层 24 设置在 中间陶瓷层 23 上。这些陶瓷层可以由常规陶瓷封装中经常使用的氧化铝 (Al2O3) 制成， 并 且通过烧结来形成。陶瓷封装 21 具有矩形外形。
下陶瓷层 22 设置有位于其上表面 22b 上的金属化图案 22c， 以及位于其下表面 22d 上的另一个金属化图案 22e。下陶瓷层 22 设置有将上表面 22b 上的金属化图案 22c 与 下表面 22d 上的金属化图案 22e 电连接的多个导通孔 22v。导通孔 22v 填充有金属。
中间陶瓷层 23 的上表面 23b 上设置有金属化图案 23c。中间陶瓷层 23 还具有将 金属化图案 23c 与下陶瓷层 22 的上部的金属化图案 22c 电连接的多个导通孔 23v。在中间陶瓷层 23 的中部形成有开口 23d， 该开口 23d 构成将光学元件 2 安装在下陶瓷层 22 的上部 22b 上的空腔 ； 具体而言， 光学元件 2 安装在下陶瓷层 22 的在开口 23d 中露出的上表面 22b 上。光学元件可以是 LD 或 PD。本实施例中， 中间陶瓷层 23 的厚度与下陶瓷层 22 相同。
上陶瓷层 24 形成有安装着多个电子器件 4 的空间 24d。上陶瓷层用作陶瓷封装 21 的侧壁。中间陶瓷层 23 的上表面 23b 安装电子器件 4， 诸如 IC、 电阻器、 电容器等类似部 件， 并且形成有将这些器件 4 与各个焊线电连接的导电图案 23c。上陶瓷层 24 的厚度设定 得比中间层 23 的厚度相对厚些， 以形成足够空间来进行布线。在本实施例中， 陶瓷层 22 至 24 的总厚度可以小于 2mm 以降低成本。
上陶瓷层 24 的上表面 24b 上形成有另一个导电图案 24c， 但是与中间陶瓷层 23 和 下陶瓷层 22 的布置相比， 导电图案 24c 没有提供任何进行电连接的导通孔。导电图案 24c 通过例如铜焊与密封环 25 连接。密封环 25 上安装有盖 26， 以便气密性地密封开口 22d 和 23d。透镜 3 通过例如封接玻璃固定在盖 26 的中部上。密封环 25 可以由镍 (Ni) 和铁 (Fe) 合金制成， 并且在其横截面内具有小于 1.5 的长宽比。上述小长宽比可以实现通过挤压形 成密封环， 从而显著地降低成本。
盖 26 具有 ： 顶部 26a， 其与密封环 25 连接并且密封空间 24d 的开口 ； 以及引导部 26b， 其与顶部 26a 形成一体并且具有圆筒形状。 圆筒引导部 26b 的轴线与陶瓷封装 21 的基 表面， 即下陶瓷层 22 的上表面 22b 和中间陶瓷层 23 的上表面 23b 大致垂直。透镜 3 固定 在延伸壁 26c 的中部上， 该延伸壁 26c 在引导部 26b 的镗孔中延伸。将盖 26 固定至密封环 25， 在密封环上调整盖 26， 以使透镜 3 的光轴与安装在下陶瓷层 22 的上表面 22b 上的装置 2 的轴线对齐。尽管图 1 和图 2 所示的实施例设置有顶部 26a 和引导部 26b 形成为一体的 盖， 但引导部 26b 可以单独形成在顶部 26a 上。盖可以由科伐合金 (Kovar)( 同样是镍 (Ni) 铁 (Fe) 合金 ) 制成， 并且通过例如 YGA 激光焊接而固定至连接部 30。当应用 YGA 激光焊接 时， 下文所述的圆筒 32 优选更薄以便与引导部 26b 的表面熔合， 而引导部 26b 相对较厚， 以 防止销孔到达镗孔。
连接部 30 具有 ： 基部 31， 其具有供光线穿过的小孔 31a ； 以及圆筒 32， 其与基部 31 形成一体。盖 26 的引导部 26b 固定在圆筒 32 的镗孔中。通过将盖 26 的引导部 26b 与圆 筒 32 之间的重合长度对齐， 可以使装置 2 的光轴 OA( 即 Z 轴 ) 相对于外部光纤光学对齐。 在 Z 轴对齐之后， 从圆筒 32 的外部照射 YAG 激光进行焊接， 可以使圆筒 32 和引导部 26b 局 部熔化， 进而将两个部件彼此固定。圆筒 32 的厚度可以薄一点， 以便 YAG 激光照射不仅能 够熔化圆筒而且能够熔化引导部 26b 的表面， 然而太薄的圆筒可能会因为刚度不够而出现 不重合。图 1 和图 2 所示的本实施例的圆筒 32 具有 0.5mm 的厚度。然而， 由于连接部 30 和盖 26 均由金属制成， 因此还可以通过焊接来实现电接触。基部 31 的前平面上安装有耦 合部 40。
光耦合部 40 具有套管 42、 楔形件 43、 短管 44、 耦合光纤 45 和包住这些部件的罩 41。 套管可以是例如由氧化锆陶瓷制成的拼合套管， 或者沿轴线没有任何裂缝的刚性套管。 短管 44 布置在套管 42 内， 并且一侧靠近连接部 30。短管可以为中部固定耦合光纤 45 的柱 形。楔形件 43 布置在套管 42 中的使套管 42 延长的最近部分上， 并且压配合在短管 44 与 罩 41 之间。短管 44 的与朝向连接部 30 的端表面相对的端表面加工成与耦合光纤 45 的末 端配合的凸形。将外部光纤固定在中部上的外部套圈同样加工成凸形， 并且短管 44 和外部套圈的这两个凸起表面可以通过物理接触 (PC) 来实现光耦合， 而不需要具有与光纤不同 的特定折射率的任何介质。
罩 41 的外表面上设置有一对凸缘 41a 和位于凸缘 41a 之间的颈部 41b。可以通过 在基部 31 的外表面上滑动耦合部 40 来使耦合部 40 与连接部 30 在垂直于轴线 OA 的平面 上对齐， 并且， 如上所述， 可以通过调节引导部 26b 与圆筒 32 之间的重叠量来沿轴线 OA 对 齐。从而， OSA 1 设置有以下陶瓷封装 21 ： 可以通过盖 26 和透镜 3 来将氮气等惰性气体气 密性地密封在内部开口 22d 和 23d 中， 所述开口 22d 和 23d 中布置有装置。
FPC 板 10 具有与光学装置连接的一端 11、 与电路板连接的另一端 12 和两端 11 和 12 之间的柔性部 13。参考图 11， 根据本实施例的 OSA 1 可以按照在例如光收发机 100 中。 OSA 1 的光轴 OA 沿与陶瓷封装 20 的基表面垂直的方向延伸， 而 FPC 板 10 沿陶瓷封装 20 的 基面延伸。 如作为光收发机 100 的典型剖面图的图 11 所示， 光收发机 100 具有沿壳体 50 的 纵向的光轴， 其中光收发机 100， 尤其是配置在收发机 100 内的光学装置， 可以与插入在光 学插座 60 中的外部光学连接器光耦合， 所述光学插座 60 布置在壳体 50 的前端。同时， 与 收发机 100 的纵向轴线垂直的剖面被限制， 使得 FPC 10 延伸的空间有限。从而， 可以实现 将 OSA 1 与电路板 70 连接的导电装置， 其中导电装置具有柔性， 诸如本实施例的 FPC 10。 再次参考图 11， 光收发机 100 具有壳体 50， 壳体 50 的前端具有光学插座， 以容纳 用于固定光纤的外部光学连接器。光学插座 60 的后端设置有突出部 51， 该突出部 51 与颈 部 41b 紧密配合或者安装在颈部 41b 上以便将 OSA 1 定位在壳体 50 中。光学插座 60 可以 由金属制成， 或者由涂覆有金属的树脂制成以确保电子屏蔽。光收发机 100 安装有电路板 70， 该电路板 70 的基表面 70a 与光学组件 1 的陶瓷封装 20 的基表面垂直。FPC 板的一端 11 安装至封装 20 的底部， 而另一端 12 通过弯曲 FPC 10 的中间部分 13 而与电路板 70 的一 端连接。
光收发机 100 的壳体 50 使安装有收发机 100 的主机系统的接地端接地。从而， 保 持在壳体 50 的突出部 51 上的 OSA 1 同样使的耦合部 40、 连接部 30、 盖 26、 密封环 25 和上 陶瓷层 24 的上部的导电图案 24c 的主机接地端接地。然而， 由于上导电图案 24c 没有用于 电连接的导通孔， 因此包含导电图案 22c 和 23c 的中间陶瓷层 23 和下陶瓷层 22 可以与主 机接地端电绝缘。即使当中间陶瓷层 23 和下陶瓷层 22 设置有另一个接地层时， 该另一个 接地层可以与主机接地端绝缘或者与光收发机 100 的壳体 50 绝缘。中间陶瓷层 23 和下陶 瓷层 22 上的导电图案 23c 和 22c 分别与电路板 70 连接。从而， 中间陶瓷层 23 的接地端和 下陶瓷层 22 的接地端可以使电路板 70 上的接地端接地。
在 TOSA 的情况下， OSA 中的发光装置必须设置有大的开关电流来发出信号光， 该 信号光变成两个噪声源 ； 一个噪声源为 ： 大电流的开关感生磁场， 并且该磁场在源的周围 产生噪声电流 ； 另一个噪声源为 ： 在接地端中流动的大电流使接地端电位产生波动， 从而 增加了共模噪声。然而， 由于根据本实施例的 OSA 1 使收发机 100 中的接地端与主机的接 地端电绝缘， 因此可以抑制收发机 100 中产生的噪声向外传播。此外， 耦合部 40 与壳体 10 中的电子电路电绝缘， 因此收发机 100 可以减小 EMI 辐射， 尤其可以抑制从耦合部的末端发 出的噪声。
主机系统常常产生很多噪声， 典型地， 由配置在主机系统中的数字设备产生的数 字噪声。根据本实施例的 OSA 1 可以将壳体 50 中的内部接地端与主机的接地端绝缘， 收发
机 100 可以不受数字噪声的影响。
( 第二实施例 )
图 4 是根据本发明第二实施例的 OSA 1A 的透视图， 图 5 和图 6 是 OSA 1A 的主要 部分的放大图， 并且图 6 示出了 OSA 1A 中的光耦合布置。OSA 1A 具有光学装置 20A， 而非 设置在上述 OSA 1 中的光学装置 20。OSA 1A 的其他布置与 OSA 1 中所示的布置相同或类 似。
本实施例的光学装置 20A 具有多层陶瓷封装 121， 类似于上述陶瓷封装 21， 该多层 陶瓷封装 121 由下陶瓷层 122、 中间陶瓷层 123 和上陶瓷层 123 构成。中间陶瓷层 123 形成 有使下层 122 的上表面 122b 露出的孔或开口 123d。本实施例的光学装置 20A 在穿过基座 103 的开口 123d 中安装着半导体发光装置 102( 典型地为 LD)， 这不同于光学装置 20 的布 置。LD 102 为一种侧面发光 LD， 并且安装在基座 103 的导电图案 103b 上以便朝向导电图 案 103b 并且使 LD102 中的一个电极与导电图案 103b 接触。从而， LD 102 的光轴与下陶瓷 层 122 的基表面 122b 大致平行。
基座 103 的厚度与中间陶瓷层 123 的厚度相似， 从而， 基座 103 的上表面的水平位 置与中间陶瓷层 123 的上表面 123b 的水平位置大致相同。优选地， 基座 103 可以由导热率 比铝 (Al2O3) 大的材料制成， 其中铝 (Al2O3) 是构成陶瓷封装 120 的基本材料。 用于基座 103 的一种优选材料为氮化铝 (AlN)， 或者也可以优选使用氧化胺 (BeO)、 碳化硅 (SiC)、 蓝宝石 和金刚石作为基座 103。LD 102 产生的热量可以有效地传导至下陶瓷层 122， 从而抑制 LD 102 的温度升高， 以减轻 LD 102 的发光性能的退化。
多根焊线 106a 将基座 103 上的导电图案 103a 与中间陶瓷层 123 的上表面 123b 上的导电图案 123c 互连。导电图案 123c 提供信号来调制高频 LD 102。由于基座 103 的 上部的水平位置与中间层 123 的上部 123b 大致相同， 因此可以缩短焊线 106a 的长度。此 外， 用焊线 106c 将基座 103 上的导电图案 103a 与 LD 102 的上电极焊接在一起。另一方 面， LD 102 的下电极与基座 103 上的另一个导电图案 103b 直接连接， ， 也就是 LD 102 安装 在导电图案 103b 上 ； 然后， 多根焊线 106b 将导电图案 103b 与中间层 123 上的另一个导电 图案 123e 互连。此外， 用导通孔 123v 将各个导电图案 123c 和 123e 与设置在下陶瓷层 122 的下表面中的焊点互连。
在陶瓷封装 121 中传输高频信号的导电图案必须具有特定的且恒定的阻抗， 以抑 制信号质量下降。信号线 123c 的导电图案或导通孔 123v 所固有的电感组分和由信号线 123c 的导电图案与接地端之间的连接而自然产生的电容组分， 决定了信号线的阻抗。
监测器 PD 105 安装在空间 132d 内的与 LD 102 对置的位置上以监测从 LD 102 发 出的一部分光。监测器 PD 105 在位于中间陶瓷层 132 的上部 123b 的两侧连接有两个导电 图案 123f。用焊线 106d 将其中一个图案 123f 与 PD 105 的上电极互连， 并且用焊线 106e 将另一个图案 123f 与下陶瓷层 122 的上部 122b 上的导电图案 122c 互连。导电图案 122c 可以为 PD 105 提供接地端。
在基座 103 与 PD 105 之间放置有用于弯曲 LD 102 的光轴的光学元件 104。光学 元件可以是反光镜或光学棱镜。光学元件包括 ： 光入射表面 104a， 其向上反射从 LD 102 发 出的大部分光 ； 以及光发射表面 104b， 其朝向监测器 PD 105 发射小部分光。光入射表面 104a 相对于下陶瓷层 122 的上表面 122b 成 45°角， 并且对于从 LD 102 发出的光具有预定的反射率。当光学元件 104 为棱镜时， 朝向基座 103 的一侧可以紧靠基座 103， 以便对准棱 镜 104 的位置。此外， 该紧靠表面的最下端具有倒角 103c 以形成一定空间， 在空间中能够 累积在将基座 103 安装在下陶瓷层的上部 122b 上时溢出的多余焊料。
光学元件 104 的形状不受限制。可以使用直角三角形、 五角形或平面镜， 只要光学 元件设置有光入射表面 104a 和光发射表面 104b 就行。光学元件 104 可以由玻璃或者对从 LD 102 发出的光的波长具有高透射率的材料制成。 光入射表面可以设置成光学多层结构的 电介质材料， 该介质材料的反射率能够通过选择材料本身和材料厚度来控制。
尽管附图中没有示出， 但在中间陶瓷层 123 的上部 123b 上安装有多个电子元件。 采用焊线或倒装焊接法将导电图案 123c 与那些电子元件电耦合。通过焊接或导电树脂将 LD 102、 监测器 PD 105 和那些电子元件安装在下陶瓷层 122 的上表面 122b 上， 或者中间陶 瓷层 123 的上表面 123b 上。例如锡金 (AuSn) 和铜银锡 (SnAgCu) 的共晶合金可以用于部 件的焊接。
再次参考图 5， 盖 126 包括 ： 顶部 126a， 其固定至密封环 125 以密封向上敞开的空 间； 以及引导部 126b， 其与顶部 126a 形成一体， 但是两个部分 126a 和 126b 可以独立形成。 在后面的布置中， 顶部 126a 可以设置由平面玻璃制成的窗口， 该窗口透过由 LD 102 发出的 光并且密封用于安装装置的开口 123d 和 124d。引导部 126b 可以通过 YAG 激光焊接或粘合 剂来固定至顶部 126a。 下面， 描述 LD 102 与外部光纤之间的光耦合。如图 7 所示， 从 LD 102 发出的光沿 着与陶瓷封装的基本面大致平行的方向传播并且进入光学元件 104 的光入射表面 104a。 进 入光学元件 104 的光在此沿着与基本面垂直的方向反射， 如图 7 中实线所示， 并且由盖 126 保持的透镜 3 会聚以便与外部光纤耦合。在图 7 所示的布置中， 从 LD 102 发出的一部分光 由光学元件折射， 穿过光学元件并且进入监测器 PD 105。
当 OSA 配置有边缘发光型 LD 时， 监测器 PD 通常安装在 LD 的后侧以便感应从 LD 的后面发出的光。用于传输电信号以驱动 LD 的信号线也布置在 LD 的后侧。优选地， 缩短 承载高频区域的电信号以驱动 LD 的信号线。如上所述， 由于监测器 PD 也必须布置在 LD 后 侧， 因此监测器 PD 的位置常常干扰信号线的布置。
具有类似本发明的多层陶瓷板的布线板虽然可以避免信号线与监测器 PD 之间的 物理干涉， 但是， 由于两根线必须布置得足够近， 因此从监测器 PD 输出的被监测信号的质 量常常因信号线上传输的高频信号而降低。当被监测信号与噪声叠加时， 尤其与高频噪声 叠加时， LD 的光输出功率难于保持稳定。
根据本实施例的 OSA 1A 通过光学元件 104 的反射来提取从 LD102 的前面发出的 大部分光， 并且从 LD 102 的前面发出的其余一小部分光穿过光学元件 104 后由监测器 PD 检测。即， 监测器 PD 检测从 LD 102 的前面发出的光， 从而不仅可以避免物理干涉而且可以 避免被监测信号的劣化。此外， 根据本发明的光学布置可以解决后面监测器布置的著名课 题， 即前面光与后面光的相对比率随着温度和供应至 LD 102 的偏流而改变， 这通常称为跟 踪误差。
本发明不限于本文所披露的实施例。 例如， 可以调整基座 103 的厚度， 以使 LD 102 的上水平面与中间陶瓷层 123 的上表面 123b 大致对齐。即， 基座 103 的厚度可以被调整， 使得与陶瓷层上的导电图案连接的焊线的平均长度最短， 或者总长度最短。 此外， 附图中所
示的实施例具有陶瓷封装 21 或 121， 层数可以为四层或更多层。
( 第三实施例 )
图 8 是根据本发明第三实施例的光学装置 20B 的内部的透视图。光学装置 20B 设 置有另一种多层陶瓷封装 221， 该封装 221 安装有 VCSEL( 垂直腔面发射激光二极管 ) 型的 LD 和监测器 PD 205。光学装置 20B 与上述装置 20 和 20A 的不同点在于 ： 本光学装置 20B 安装 VCSEL 作为半导体光学装置， 并且多层陶瓷封装 221 中的上陶瓷层 224 设置有由第一 上陶瓷层 224A 和第二上陶瓷层 224B 组成的双层。监测器 PD 205 安装在下陶瓷层 222 的 上表面 222b 上， 而 VCSEL 202 安装在中间陶瓷层 223 的上表面 223b 上， 并且导电图案 224c 形成在第一上陶瓷层 224A 的上表面上。 焊线 206 将这些导电图案 224c 与 VCSEL 202 互连。 然而， VCSEL 202 的上水平面与第一上陶瓷层 224A 的上部等高， 以缩短焊线 206 的长度。
图 9 示出了光学装置 20B 的剖面图。监测器 PD 205 安装在下陶瓷层 222 的上表 面 222b 的中部， 其中上表面 222b 暴露在开口 223d 中， 该开口 233d 形成在中间陶瓷层 223 中。暴露表面 222b 设置有能够安装监测器 PD 205 的导电图案。导电图案经由导通孔 222v 与形成在封装 221 的底部中的电极电连接。在第一上陶瓷层 224A 的中部形成有包围装置 的开口 224d， 并且中间陶瓷层 223 的暴露在空间中的上表面 223b 安装有 VCSEL 202。开口 224d 比形成在中间陶瓷层 223 中的另一个开口 223d 大， 即上开口 224d 的外周形成中间陶 瓷层 223 的上表面 223b 的台阶， 以便在台阶上安装 VCSEL 202。 在第一上陶瓷层 224A 的开口 224d 的上方设置有用于焊接导线的另一个开口 224e。另一个开口 224e 比开口 224d 宽， 并且宽度足以暴出第一上陶瓷层 224A 的上表面 224a 来形成导电图案。如上述装置 20 和 20A， 盖 226 和密封环 225 气密性地密封三个开口 223d、 224d 和 224e。 然而， 本实施例的盖 226 没有固定透镜。 代之， 盖 226 支撑窗口 226e， 该 窗口 226e 由能透过 VCSEL 202 发出的光的平面材料制成并且气密性地密封开口 223d、 224d 和 224e。来自 VCSEL 202 的光透过该窗口 226e 以及形成在盖 226 的顶部上的孔 226d。
用焊线将从监测器 PD 205 输出的信号传输至形成在下陶瓷层 222 的上表面 222b 中的布线图案。上表面 222b 上的导电图案经由下陶瓷层 222 中的导通孔 222v 与封装底部 中的电极相连。另一方面， 这样提供 VCSEL 202 的驱动信号 ： 从封装 221 的底部中的电极经 由导通孔 222v 至 224v 并通过第一上陶瓷层 224A 的上表面 224a 中的导电图案 224c 传递 至到达 VCSEL 202， 从而从下陶瓷层 222 连续向第一上陶瓷层 224A 提供 VCSEL 202 的驱动 信号。
VCSEL 的底部通常设置有高反射率表面， 因此仅仅能够从装置的上表面获取激光。 当 VCSEL 的后表面设置成具有与边缘发光型相同的有限反射率时， 很难发生光学共振。然 而， 对于新开发的某些类型的 VCSEL， 即使设置在装置底部中的一个反射镜具有有限反射率 时， 也能够发出激光。根据本发明的 OSA 1B 为这种新型 VCSEL 提供光耦合布置。
由于多层陶瓷封装 221 可以连续地将监测器 PD 205 安装在下陶瓷层 222 上和将 VCSEL 202 在中间陶瓷层上， 因此本实施例的 OSA1B 可以提高生产率。此外， 与常用侧面发 光 LD 的光学布置相比， OSA 1B 可以缩短监测器 PD 205 与 VCSEL 202 的后面之间的距离， 该距离可以小于足够短的 1mm， 因此， 可以充分地提高 VCSEL 202 与监测器 PD 205 的光耦合 效率。
图 8 至图 10 所示的实施例具有陶瓷封装 221， 其中该封装 221 的上陶瓷层 224 包
括第一和第二层 224A 和 224B。然而， 与上述实施例 1 和 1A 一样， 本实施例的 OSA 1B 可以 设置单个上陶瓷层 224。在上陶瓷层 224 的布置中， VCSEL 202 安装在中间陶瓷层 223 的上 表面 223b 上， 并且该上表面 223b 设置有与 VCSEL 202 的上电极连接的导电图案 223c。当 VCSEL 202 在相对较慢的速度下运行时， 导电图案 223c 与 VCSEL 202 的电极之间的布线长 度不会显著地影响驱动信号的质量。 取消其中一个上陶瓷层 224A 和 224B， 可以降低陶瓷封 装 221 的成本。
图 10 是将耦合部 140 配置于上述光学装置 20B 的 OSA 1B 的剖面图。在图 10 所 示的 OSA 1B 中， 耦合部和设置在上述 OSA 1 和 1A 中的连接部 30 由树脂整体成型。耦合部 140 的一部分套管 140a 容纳外部光学套圈。可以通过使外部套圈的末端紧靠套管 140a 里 端的台阶来确定外部套圈的位置。 套管 140a 的里端设置有与光纤物理接触的空腔 140b， 该 空腔 140b 中可以放置具有与光纤大致相同的特定折射率的光学部件。上述光学装置 20B 放置在圆筒 132 的镗孔 133 内， 并且用粘合剂与镗孔 133 固定。
( 第四实施例 )
图 12 是根据本发明第四实施例的 OSA 的仰视图， 并且图 13 是图 12 所示的 OSA 的 主要部分的放大图。 本实施例的 OSA 1C 提供具有矩形平面形状的陶瓷封装 321， 该矩形平面形状包括 下陶瓷层 322 的四个缘部 322j 至 322n。各个缘部设置有多个半导通孔 322h， 附图所示的 实施例中为三 (3) 个导通孔。半通孔 322h 的形状与沿轴线切开的柱的侧表面对应。半导 通孔 322h 的侧表面上涂覆有薄的导电膜， 以便将形成在下陶瓷层 322 的底表面中的接地焊 点 322r 或布线焊点 322p 与形成在下陶瓷层 322 的表面中的导电层电连接。在将 FPC 板 10 与下陶瓷层 322 的底表面焊接在一起时， 利用半导通孔 322h 来形成焊料凸起， 即， 可以沿半 导通孔 322h 的表面堆叠适当量的焊料。
如图 12 所示， 下陶瓷层 322 的缘部 322j 从中间陶瓷层 323 的缘部 323j 回收。换 句话说， 中间层 323 的缘部 323j 相对于下陶瓷层 322 的缘部 322j 形成突出部。与上述缘 部 322j 对置的缘部 322k 也从中间陶瓷层 323 的缘部 323k 回收。从而， 下陶瓷层的两个缘 部 322j 和 322k 之间的长度小于中间陶瓷层 323 的两个缘部 323j 和 323k 之间的长度。因 此， 形成在下陶瓷层 322 的缘部 322j 和 322k 中的半导通孔 322h 与中间陶瓷层 323 不连续。
另一方面， 下陶瓷层 322 中的与之前的缘部 322j 和 322k 成直角的缘部 322m 和 322n 与中间陶瓷层 323 的缘部 323m 和 323n 对齐， 且没有形成任何突出部。从而， 下陶瓷层 322 的缘部 322m 和 322n 之间的长度大致等于中间陶瓷层 323 的缘部 323m 和 323n 之间的 对应长度， 因此， 设置在下陶瓷层 322 的缘部 322m 和 322n 中的半导通孔 322h 与中间陶瓷 层 323 的半导通孔 323h 连续。
中间陶瓷层 323 的缘部 323m 和 323n 设置有多个半导通孔 323h， 其中图 12 所示的 实施例中设置有 3 个导通孔。中间陶瓷层 323 中的半导通孔 323h 涂覆有导电薄膜， 并且形 成在与下陶瓷层 322 中的半导通孔 322h 的位置对齐的部分上， 以便将中间陶瓷层的上表面 上的导电图案与下陶瓷层 322 的半导通孔 322h 电连接。
参考图 13， 采用例如回流焊接将 FPC 板 10 安装在下陶瓷层 322 的底部上， 以使 FPC 板 10 从下陶瓷层 322 的缘部 322j 向外延伸。FPC 10 中待与 OSA 1C 连接的表面上设置有 多个焊点 ( 图 13 中未示出 )。从而， FPC 10 的端部 11 与形成在 OSA 1C 的底部上的导电图
案 322p 和 322r 相连。FPC 10 的任何部分都可以弯曲。本实施例的 OSA 1C 使 FPC 10 的紧 邻下陶瓷层 322 的缘部 322j 的部分弯曲。FPC10 的另一端也设置有多个焊点 ( 图 13 中未 示出 )， 其中， 这些焊点与布置在 OSA 1C 后方的电路板上的焊点焊接在一起。
图 11 是将本实施例的 OSA 1C 放置在光收发机 100 中的布置的剖面图。光收发机 100 设置有壳体 50， 壳体 50 的前部形成有光学插座 60， 以便引导待与 OSA 1C 光耦合的外 部光纤。光学插座 60 形成有保持 OSA 1C 的突出部 51， 换句话说， OSA 1C 中容纳突出部 51 的凸缘 41a 可以相对于光学插座 60 来对准 OSA 1C。
OSA 1C 的后方安装有电路板 70， 电子元件 71 安装在该电路板 70 上。OSA 1C 安装 在壳体 50 中， 使得陶瓷封装 321 的基表面与电路板 70 的基表面 70a 大致成直角。 FPC 板 10 与下陶瓷层 322 的底部中的焊点 322p 和图案 322r 焊接成使 FPC 板 10 的端部 11 与下陶瓷 层 322 的基表面平行， 而 FPC 板 10 的另一端 12 与电路板 70 焊接成使端部 12 与电路板 70 平行。因此， 必须在陶瓷封装 321 的缘部附近弯曲 FPC 10， 并且在电路板 70 的缘部附近弯 曲 FPC 10， 从而形成 U 形剖面。
本实施例的 OSA 1C 在下陶瓷层 322 的缘部 322j 上设置有半导通孔 322h， 以便能 够通过由渗出的多余焊料形成的焊料凸起来在视觉上检查焊料的可湿性。此外， 由于下陶 瓷层 322 的缘部 322j 从中间陶瓷层 323 的缘部 323j 收回， 因此 FPC 10 可以在陶瓷封装 321 的缘部附近弯曲， 从而有效地防止多余焊料从中间陶瓷层 323 的缘部 323j 渗出。 当 OSA 1C 安装在壳体 50 中时， 该布置可以使 FPC 10 在 U 形剖面的底部上不会与壳体 50 的内壁接 触。
在上述实施例中， 下陶瓷层 322 设置有分别从中间陶瓷层 323 的相应缘部 323j 和 323k 收回的缘部 322j 和 322k。 然而， 可以仅使向外伸出 FPC 10 的缘部 322j 从中间陶瓷层 323 的缘部 323j 收回。此外， 上述实施例在下陶瓷层 322 的各个缘部 322j 至 322n 上设置 有三个半导通孔 322h， 并且在各个缘部 323m 至 323n 上设置有三个半导通孔 323h， 然而， 半 导通孔 322h 的数量不限于这些布置。至少一个半导通孔可以在视觉上检查焊料与 FPC 10 上的导电图案的可湿性。 此外， 可以在更靠近中间陶瓷层 323 的缘部 323j 的位置处弯曲 FPC 10， 而在下陶瓷层 322 的相应缘部 322j 中没有任何半导通孔。在该布置中， FPC 10 上的导 电图案必须与以下焊点焊接在一起， 即： 与缘部 322j 对置的缘部 322k 或者与缘部 322j 垂 直的其它缘部 322m 和 322n 中的焊点， 从而必然延长了 FPC 10 上的导电图案。图 12 所示 的实施例优选缩短 FPC 10 上的导电图案的长度， 以保证其上承载的信号的质量。
( 第五实施例 )
图 14 是根据本发明第五实施例的另一种 OSA 的仰视图。本实施例 OSA 1D 区别于 上述 OSA 1C 的特征在于设置有陶瓷封装 321A。OSA 1D 的其他布置与 OSA 1C 的布置相同 或相似。此外， 陶瓷封装 321A 设置有与前文所述的下陶瓷层 322 不同下陶瓷层 322A， 并且 下陶瓷层 322A 的其他种结构与陶瓷层 322 的结构相同。
下层 322A 设置有彼此对置的两个缘部 322j 和 322k。其它两个缘部 322m 和 322n 与中间陶瓷层 323 的相应缘部 323m 和 323n 对齐。两个缘部 322j 和 322k 均形成具有多个 半导通孔 322h 的切口 322x 和 322y， 并且三 (3) 个半导通孔形成在本 OSA 1D 中切口的里 面。这些半导通孔 322h 形成在从中间陶瓷层的缘部 323j 和 323k 收回的切口 322x 和 322y 的里面。因此， 从缘部 322j 向外伸出的 FPC 10 可以在中间陶瓷层的缘部 323 的附近弯曲。虽然已经示出并且描述了被认定的本发明示意性实施例， 但本领域的技术人员应 该理解， 可以在不脱离本发明主旨的情况下， 进行其它不同的变形和等同替换。另外， 在不 脱离本文所述的主要发明构思的情况下， 根据本发明的教导， 可以根据具体情形来进行多 种变形。 因此， 本发明的目的不是限于所公开的具体实施例， 而且本发明包括落入所附权利 要求书的范围内的所有实施例。