以透明模装树脂封装引线框和半导体光学装置的光学模块.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201080008392.6

申请日:

2010.02.18

公开号:

CN102449865A

公开日:

2012.05.09

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01S 5/022申请公布日:20120509|||实质审查的生效IPC(主分类):H01S 5/022申请日:20100218|||公开

IPC分类号:

H01S5/022

主分类号:

H01S5/022

申请人:

住友电气工业株式会社

发明人:

佐伯智哉; 水江俊雄

地址:

日本大阪府

优先权:

2009.02.19 JP 2009-036328; 2009.02.20 JP 2009-037419; 2009.02.20 JP 2009-037420

专利代理机构:

北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112

代理人:

顾红霞;段斌

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内容摘要

本发明公开了一种具有新布置的光学模块。光学模块用树脂模装装置,树脂能透过从安装在引线框上并且通过接线与引线框电连接的装置上发出的光。引线框中在离装置的距离与装置尺寸大致相当的位置处设置有挡板。挡板补偿因透明树脂的热膨胀系数差异较大而在接线上产生的应力。

权利要求书

1: 一种光学模块, 包括 : 引线框 ; 半导体光学装置, 其安装在所述引线框上 ; 接线, 其将所述引线框与所述半导体光学装置连接 ; 以及 树脂, 其模装所述引线框、 所述半导体光学装置和所述接线, 所述树脂能透过从所述半 导体光学装置发出的光, 其中, 所述引线框设置有挡板, 该挡板在离所述半导体光学装置的距离大致等于所述 半导体光学装置的尺寸的位置处弯曲。2: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述挡板沿与下述方向大致平行的方向弯曲 : 与所述半导体光学装置连接的所 述接线延伸的方向。3: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述挡板弯曲成与所述半导体光学装置的光轴相交。4: 根据权利要求 3 所述的光学模块, 其中, 所述挡板设置有供所述半导体光学装置的所述光轴穿过的开口。5: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述引线框在与安装有所述半导体光学装置的前表面相对的后表面上设置有薄 部, 所述引线框沿所述薄部弯曲。6: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述半导体光学装置具有大致矩形平面形状, 并且所述挡板设置有副挡板, 所述 挡板和所述副挡板围绕所述半导体光学装置。7: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述树脂设置有平面部和柱形部, 所述半导体光学装置模装在所述柱形部中, 所 述引线框从所述平面部伸出。8: 根据权利要求 7 所述的光学模块, 其中, 所述平面部设置有窗口, 以露出其内部的所述引线框。9: 根据权利要求 7 所述的光学模块, 其中, 所述引线框在模装在所述平面部中的部分设置有窗口, 所述窗口缩小了所述引 线框的剖面。10: 根据权利要求 7 所述的光学模块, 还包括由金属制成的管状部件, 所述管状部件附着至所述透明树脂。11: 根据权利要求 7 所述的光学模块, 其中所述柱形部埋设有由金属制成的管状部件, 所述管状部件覆盖所述半导体光学装 置。12: 根据权利要求 1 所述的光学模块, 其中, 所述光学装置为半导体发光装置, 其中所述光学模块还包括半导体光接收装置, 所述半导体光接收装置检测从所述半导 体光学装置发出的光的亮度, 所述半导体光电二极管安装在所述引线框上, 并且 其中所述引线框设置有从所述引线框上安装有所述半导体光学装置的表面弯曲的凸 2 片, 所述凸片朝向所述光接收装置反射从所述半导体发光装置发出的光。13: 一种光学模块, 包括 : 引线框 ; 半导体光学装置, 其安装在所述引线框的主表面上 ; 接线, 其将所述引线框与所述半导体光学装置电连接 ; 树脂, 其模装所述引线框、 所述半导体光学装置和所述接线, 所述树脂能透过从所述半 导体光学装置发出的光, 所述树脂包括柱形部和平面部, 所述柱形部具有圆柱外形并且模 装所述半导体光学装置和所述引线框的主表面, 所述平面部与所述柱形部相连, 并且伸出 所述引线框 ; 以及 管状部件, 其由金属制成且围绕所述柱形部, 所述管状部件附着至所述柱形部。14: 根据权利要求 13 所述的光学模块, 其中, 所述管状部件包围所述柱形部。15: 根据权利要求 13 所述的光学模块, 其中, 所述树脂中埋有所述管状部件。16: 根据权利要求 15 所述的光学模块, 其中, 所述引线框设置有一对缝, 所述管状部件插入所述缝内并且由所述引线框支撑。17: 根据权利要求 13 所述的光学模块, 其中, 所述平面部设置有窗口, 以露出所述引线框。18: 根据权利要求 13 所述的光学模块, 其中, 所述引线框在模装在所述平面部中的部分设置有窗口, 从而缩小了所述引线框 的剖面。19: 一种制造光学模块的方法, 其用树脂模装半导体光学装置和安装所述半导体光学 装置的引线框, 所述树脂能透过从所述半导体光学装置发出的光, 并且所述树脂设置有安 装所述半导体光学装置的柱形部和伸出所述引线框的平面部, 所述平面部设置有窗口以露 出所述引线框, 所述方法包括以下步骤 : (a) 在所述引线框上安装所述半导体光学装置, 并且用接线将所述引线框与所述半导 体光学装置电连接 ; (b) 用所述树脂模装所述半导体光学装置, 所述接线和所述引线框, 以形成所述柱形部 和所述平面部 ; (c) 在所述平面部中的所述窗口处, 使部件与所述引线框接触 ; 以及 (d) 焊接从所述平面部抽出的所述引线框。20: 根据权利要求 19 所述的方法, 还包括以下步骤 : 在所述焊接之后, 在所述窗口中填充材料, 所述材料的介电常数大致 等于所述树脂的介电常数。21: 根据权利要求 19 所述的方法, 还包括以下步骤 : 在所述将所述半导体光学装置与所述引线框电连接的步骤之后, 并 且在所述模装步骤之前, 在离所述半导体光学装置的距离与所述半导体光学装置的尺寸相 当的位置处弯曲所述引线框的一部分以形成挡板。 322: 根据权利要求 22 所述的方法, 还包括以下步骤, 在所述电连接之后并且在所述模装之前, 用所述管状部件覆盖所述 半导体光学装置以及所述引线框中安装有所述半导体光学装置的部分。

说明书


以透明模装树脂封装引线框和半导体光学装置的光学模块

    技术领域 本发明涉及可应用于光学通信系统的光学模块, 尤其, 本发明涉及用可透过从半 导体光学装置发出的光的树脂封装引线框和安装在引线框上的半导体光学装置的光学模 块。
     背景技术 本领域的技术人员已公知用透明树脂模装半导体光学装置的光学模块。例如, 日 本专利申请公开 JP-2007-142278A 和 JP-2001-074985A 披露了以下光学模块 : 其用可透过 从半导体光学装置发出的光的树脂封装半导体光学装置, 并且设置有透镜, 以便会聚由模 装树脂的外形而形成的光。 由于透明树脂不包含调整热膨胀的填充剂, 因此尽管树脂透明, 但树脂仍具有大的热膨胀系数。从而, 树脂对封装在其内的元件产生大的热应力。尤其, 在树脂内的部件中, 将引线框与半导体装置电连接的接线最容易受应力影响, 因此, 由透明 树脂的大热膨胀系数引起的热应力将破坏接线, 或者使接线上剖面缩窄的部分的可靠性降 低。
     填充剂
     发明内容 本发明提供了一种改进的布置, 在用由不具有填充剂的透明树脂模装半导体装置 和电子元件时, 该布置可以减小这种树脂引起的热应力以补偿热膨胀系数。
     本发明的一方面涉及一种光学模块, 其中用透过从半导体光学装置发出的光的树 脂来模装半导体光学装置和安装半导体光学装置的引线框, 其中用接线将半导体光学装置 和引线框电连接。由于树脂没有填充剂来补偿其特性, 因此热膨胀系数比常规使用的树脂 大很多。因此, 模装在树脂内的元件因周围温度变化和 / 或诸如焊接引线框等热处理而产 生应力。 应力尤其集中在具有物理上耐性低的元件的部分上, 当应力集中在接线上时, 有时 导致接线断裂。
     根据本发明的光学模块设置有挡板, 以补偿接线中产生的应力。本发明的挡板是 引线框的一部分并且离半导体光学装置的距离与半导体光学装置的尺寸相当。 挡板可以形 成为不仅沿装置的一个边缘延伸, 并且围绕半导体光学装置, 并且 / 或者覆盖半导体光学 装置正上方的空间。
     本发明的光学模块可以设置具有柱形部和平面部的树脂, 其中柱形部封装半导体 光学装置, 而平面部伸出有引线框。光学模块还可以包括以附着的方式覆盖柱形部的管状 部件。管状部件可以在物理上限制柱形部的膨胀, 从而接线中产生的应力可以被补偿。
     此外, 透明树脂的平面部可以设置窗口, 以露出模装在树脂中的引线框。 在部件与 暴露在窗口中的引线框接触的情况下焊接引线框, 可以有效地限制由焊接产生的热量传导 至树脂内部。 此外, 在执行焊接之后, 可以通过填充介电常数与透明树脂大致相等的材料来 使引线框的特性阻抗基本不变。
     附图说明 下面参考附图详细描述本发明的优选实施例, 以便更好地理解上述及其它目的、 方面和优点, 其中 :
     图 1A 是根据本发明第一实施例的光学模块的透视图, 其中虚线表示透明树脂的 形状, 而图 1B 放大了在引线框上安装半导体光学装置的部分 ;
     图 2 示出了从与图 1B 所述的主要部分相反的侧观察到的引线框, 该引线框上安装 有图 1A 中所示的半导体光学装置 ;
     图 3 示出了图 1A 所示的光学模块的第一变型实例 ;
     图 4 示出了对在图 1A 所示的第一实施例中出现的新布置的效果进行评估的参数 ;
     图 5 示出了对图 3 中所示的第一变型实施例的效果进行评估的参数 ;
     图 6 示出了图 1A 所示的光学模块的第二变型实例和用于对第二变型实例的变型 布置的效果进行评估的参数 ;
     图 7A 至图 7C 示出了图 1 中所示的第一实施例的效果的结果, 其中图 7A 至 7C 示 出了接线中产生的应力与距接线的距离、 挡板高度和挡板宽度的关系 ;
     图 8A 和图 8B 示出了图 3 所示的第一变型实施例所显示出的效果的结果, 其中示 出了接线中出现的应力与副挡板的长度之间的关系, 及与副挡板之间的间距的关系 ;
     图 9 示出了图 6 所示的第二变型实施例的效果, 其中示出了接线中产生的应力与 挡板顶部宽度之间的关系 ;
     图 10A 至图 10D 示出了根据本发明第二实施例的光学模块, 其中图 10A 是光学模 块和套管部件的分解视图, 图 10B 是将光学模块与套管部件装配在一起的光学组件的透视 图, 图 10C 是沿光学组件的光轴截取的剖面, 以及图 10D 是示出光学模块中的引线框和安装 在引线框上的装置的平面图 ;
     图 11A 至图 11D 示出了图 10A 至图 10D 所示的光学模块的布置, 其中图 11A 是透 视图, 图 11B 是平面图, 图 11C 是透明树脂的柱形部的剖视图, 以及图 11D 示出了覆盖透明 树脂的柱形部的管子 ;
     图 12A 和图 12B 示出了管子的效果, 其中图 12A 示出了接线中产生的应力与管子 厚度的关系, 而图 12B 示出了应力与管子沿模块纵向的宽度的关系 ;
     图 13 示出了图 10A 至图 10D 所示的引线框的变型布置, 其中变型引线框具有向上 弯曲的部分以起到反射镜的作用, 所述反射镜朝向监测器 PD 反射来自激光二极管的光 ;
     图 14A 至图 14C 示出了制造图 10A 至图 10D 所示的第二实施例的光学模块的过程 ;
     图 15 是从图 1 或图 10A 至图 10D 中的树脂变型得到的透明树脂的透视图 ;
     图 16 是图 15 所示的变型树脂的平面图 ; 以及
     图 17 示出了包含图 15 所示的与柔性印刷电路板电连接的光学组件的组件。
     具体实施方式
     ( 第一实施例 )
     图 1A 是根据本发明第一实施例的光学模块的透视图, 而图 1B 放大了光学模块 10 的主要部分, 其中 LD 13 安装在引线框架 12 上。本实施例的光学模块 10 包括 : 模装树脂11, 其能透过从模装在其内的半导体光学装置中发出的光 ; 引线框 12 ; 半导体光学装置 13 ; 以及基座 14。半导体装置 13 通过基座 14 安装在引线框 12 上。半导体装置 13 可以为激光 二极管 ( 以下称为 LD) 或光电二极管 ( 以下称为 PD)。以下描述主要着重于封装有 LD 的光 学模块, 然而, 本发明的主题可以以相似的方式应用于封装有 PD 的光学模块或封装有 LD 和 PD 的光学模块。
     图 1A 所示的光学模块 10 用透明树脂 11 对安装在基座 14 上的 LD 13 进行封装。 模装树脂 11 包括平面部 11a 和柱形部 11b。LD 13 模装在柱形部 11b 中, 而引线框 12 从平 面部 11a 上与柱形部 11b 相反的端部伸出。柱形部 11b 的中部设置有透镜 11c, 以便使从 LD 13 发出的光会聚, 所述透镜 11c 由模装树脂 11 的外形形成。本实施例的模装树脂 11, 即平面部 11a 和柱形部 11b 均具有透过从 LD 13 发出的光的功能。
     引线框 12 从平面部 11a 的端部伸出。引线框 12 包括 : 信号引线 12a, 其经由接 线 15 与 LD 13 电连接 ; 接地引线 12b, 其通过基座 14 来安装在 LD 13 上 ; 以及另一根引线 12c, 由监测器 PD( 图 1A 中未示出 ) 生成的信号经过该引线 12c, 所述监测器 PD 监测从 LD 13 发出的光的亮度。信号引线 12a 放置在接地引线 12b 之间, 以减小外部噪声对信号引线 12a 的影响。信号引线 12a 在靠近 LD 13 的一侧上设置有弯曲部 12d, 以缩短从引线 12a 引 至 LD 13 的接线 15 的长度。 根据本实施例的光学模块 10 设置有挡板 12e, 该挡板 12e 是引线框 12 在靠近 LD 13 的部分沿着 LD 13 的边缘向上弯曲 90°而得到的部分。如下文所述, 挡板 12e 非常靠近 LD 13 可以减小与 LD 13 连接的接线 15 所产生的应力。即, 挡板 12e 可以补偿在模装树脂 11 与引线框 12 之间产生的应力, 以防止接线 15 断裂。
     透明树脂 11 不包含添加剂 ( 通常被称为填充剂 ), 以使树脂透过从 LD 13 发出的 光。由于填充剂可以减小树脂的热膨胀系数, 因此本实施例的透明树脂 11 的膨胀系数比模 装在其内的诸如金属引线框 12 等元件的膨胀系数大约 4 倍, 从而因光学模块 10 的周围温 度和由 LD 13 产生的热量导致对该元件产生大的热应力。当该热应力施加在接线 15 上时, 接线 15 很容易断裂, 其中接线 15 是树脂 11 内部最不结实的元件。
     图 1B 示意性示出连接至 LD 13 上的接合区的接线 15 以及焊接在基座 14 上的接 线 15 的形状。普通的接线法使接线 15 沿与接合区垂直的方向延伸。此外, 当接线 15 与接 合区之间的接合强度满足常规条件时, 由热膨胀系数的差异引起的应力集中在接线 15 的 颈部, 即紧靠近接合区的部分和接线直径显著变化的部分。挡板 12e 可以减小集中于接线 15 的颈部上的应力。
     挡板 12e 的中部设置有开口 12f, 从 LD 13 发出的光穿过该开口 12f。尽管图 1 所 示的实施例中将开口 12f 形成为圆形, 但开口 12f 不限于圆形。可以采用从挡板 12e 的边 缘向其中部形成的 V 形切口或 U 形切口。从 LD 13 发出的光穿过开口 12f, 并且由形成在透 明树脂 11 的表面中的透镜 11c 会聚或校准, 以便供应至模块 10 的外部。本实施例的引线 框 12 可以由厚度为 0.1 至 0.2mm 的铜合金或铁镍合金制成。
     参考图 2, 引线框 12 还设置有位于挡板 12e 的后侧的薄部 12g, 以便于挡板 12e 的 弯曲。首先用凿子在引线框 12 的后表面中形成薄部 12g, 在 LD 13 与引线框 12 之间执行接 线之后, 再沿薄部 12g 向上弯曲引线框 12。 如下文所述, 本实施例优选地使挡板 12e 尽可能 地靠近 LD 13, 以减小接线 15 中的应力, 例如, 优选地, 挡板 12e 与 LD 13 之间的距离大致等
     于 LD 13 的尺寸。从而, 在弯曲引线框 12 之前, 在引线框 12 的后表面上制成薄部 12g 是非 常有效的。
     下面, 将描述制造本实施例的光学模块 10 的过程。光学模块 10 可以通过以下处 理来实现 : 首先, 将 LD 13 和其它元件经过基座 14 或直接地安装在引线框 12 上, 其中引线 框 12 具有多个内引线 12a 至 12c, 该内引线 12a 至 12c 由围绕其的引线支撑件支撑。由于 内引线 12a 至 12c 由带有系杆的引线支撑件支撑, 因此不能拆卸内引线 12a 至 12c。接着, 通过接线将 LD 13 的接合区、 PD 和基座 14 与引线框 12 连接在一起。可以使用热压接合、 超声波接合或者同时使用热压接合和超声波接合。接着, 将与元件装配在一起的引线框 12 沿薄部 12g 向上弯曲以形成挡板 12e, 并且将引线框 12 放置在模装铸模的空腔内。模装铸 模通常包括上模、 下模和透镜模, 这些模形成放置引线框 12 的空腔。空腔的形状与透明树 脂 11 的外形对应。
     接着, 将模装树脂注入空腔内。 上模和下模中的一个上设置有用于注入树脂的口, 而另一模或同一个模上设置有用于排出空气或惰性气体的口。当紧挨 LD 13 设置的挡板 12e 与注入口大致垂直时, 由于存在挡板 12e, 因此有时所注入的树脂不能够填满空腔。因 此, 优选地, 挡板 12e 放置成与注入口大致平行。此外, 为了减小因所注入的树脂的流动而 对接线 15 产生的应力, 优选地, 注入口沿接线 15 延伸的方向放置, 即沿与引线框 12 的主表 面大致垂直的方向设置。注入树脂并且使树脂固化, 之后, 首先拆卸透镜模, 接着拆卸上模 和下模, 从而完成了树脂模装。最后, 切断支撑内引线 12a 至 12c 的系杆, 从而完成了用透 明树脂将光学和电气元件封装在内的光学模块 10。 图 7A 至图 7C 对根据本发明实施例的挡板 12e 的效果进行评估。用于评估的物理 参数示出在图 4 中并且列出在下表中, 其中挡板 12e 的宽度表示为 w, 距引线框 12 的主表面 的高度表示为 h, 并且挡板 12e 离 LD 13 的接合区上的接线 15 的距离表示为 l。通过接线 15 中产生的应力来进行评估。
     表: 用于评估的物理参数
     部件 LD 基座 PD 引线框 金线 模装树脂 粘合剂
     材料 磷化铟 氮化铝 磷化铟 铜合金 金 环氧树脂 环氧树脂 杨氏模量 82.7 320.0 82.7 125.0 78.0 3.2 7.0 线性膨胀系数 4.50×10-6 4.70×10-6 4.50×10-6 1.75×10-5 1.42×10-5 6.50×10-5 3.00×10-5参考图 7A 至图 7C, 挡板 12e 距接线 15 的距离 l 足够大、 挡板 12e 的宽度为 0, 并且挡板 12e 的高度为 0 的情形对应于没有形成挡板 12 的情况。可以通过比较接线 15 所产 生的应力比没有设置挡板 12e 的情况减小了多少, 来评估挡板 12e 的效果。
     参考图 7A, 在没有挡板 12e 的情况下, 接线 15 中产生约 550MPa 的应力。将挡板 12e 设置在距离 LD 13 大约 0.5mm 的距离 ( 该距离是 LD 13 的尺寸的大约两倍 ) 处时, 应力 可以减小至 500MPa, 并且当将挡板 12e 设置为更靠近 LD 13( 距离 LD 13 大约 0.4mm) 时, 应 力可以减小至 450MPa, 这意味着比初始状态减小了 18%。即使在没有挡板 12e 的情况下, 接线 15 也未必断裂。将模块 10 暴露在 85℃和 85%的湿度的条件下时, 仅仅少数模块中的 接线 15 发生断裂。因此, 应力从 550MPa 减小至 500MPa 时, 可以使模块的可靠性显著增加。 当挡板 12e 靠近至约 0.2mm( 与 LD 13 的尺寸相当 ) 时, 应力可以减小至 400MPa 或更小。
     图 7B 示出了对应力与挡板 12e 的高度之间的关系的评估。在该评估中, 挡板 12e 距接线 15 的距离设定为 0.4mm 并且挡板 12e 的宽度假定为 1mm。参考图 7B, 随着高度 h 的 增加, 应力单调地减小。但是, 当高度超过 1mm 且超过 1.5mm 时, 这种效应减小。为了增加 挡板 12e 的高度 h, 必须增加模装树脂 11 的柱形部 11b 的直径。基于不断需要减小模块尺 寸, 柱形部 11b 的直径最大可以为 5mm。因此, 挡板 12e 的高度 h 限制为 5mm, 即最大允许直 径的一半。图 7B 所示的评估完全满足该限制, 即, 可以在不增加模装树脂 11 的柱形部 11b 的直径的情况下, 减小接线 15 中产生的应力。
     图 7C 评估了挡板 12e 的宽度 w 对接线 15 中产生的应力的影响, 其中高度 h 和挡板 12e 距接线 15 的距离 l 分别假定为 1mm 和 0.4mm。将挡板 12e 的宽度 w 设定为至少 0.75mm 时, 与未设置挡板 12e 的情况相比, 应力可以减小至少 18%。但是, 当继续增加挡板 12e 的 宽度 w 时, 应力的减小很有限。足够宽的挡板 12e 也只能使应力减小大约 20%。从而, 基于 图 7A 至图 7C 所示的评估, 挡板 12e 尽可能地靠近 LD 13 或接线 15 时, 将最有效地减小接 线 15 中产生的应力。然而, 零 (0) 距离的条件在物理上是不可能的, 当考虑到在执行接线 之后弯曲挡板 12e 的处理时, 实际上可以将挡板 12e 与 LD 13 的距离设定为约 0.4mm, 该距 离与 LD 13 的尺寸相当。
     ( 第一实施例 )
     图 3 示出了第一实施例的变型。图 3 所示的光学模块 10A 设置有与图 1A 所示的 第一实施例的引线框 12 不同的另一种引线框 12A。即, 本引线框 12A 除挡板 12e 以外还设 置有副挡板 12h, 以使 LD 13 放置在该副挡板之间, 但是与第一实施例一样, 本实施例的挡 板 12e 也设置有供从 LD 13 发出的光通过的开口 12f。
     图 8A 和图 8B 评估了图 3 中所示的挡板 12e 和副挡板 12h 的作用, 其中图 8A 和图 8B 中所出现的参数与图 5 中所示的参数对应。挡板 12e 的宽度 w 是副挡板 12h 之间的间 距, 而副挡板 12h 的长度 l 与其外侧长度对应。参考图 8A 和图 8B, 副挡板 12h 对接线 15 中 所产生应力的减小显示出显著的效果, 但是副挡板 12h 的效果比挡板 12e 的效果稍差。将 副挡板 12h 的长度 l 从 0 增加至 0.6mm 时, 其中长度 l 等于 0 的情形与没有任何副挡板 12h 的情形对应, 则应力可以补偿大约 10%, 但这就表示超过了 0.5mm。类似地, 即使当副挡板 12h 之间的间距 w 减小时, 应力也不会小于 400MPa。在这些评估中, 挡板 12e 距接线 15 的 距离和挡板 12e 与副挡板 12h 的高度分别假定为 0.4mm 和 1mm。
     ( 第二实施例 )
     图 6 示出了光学模块 10 的又一个变型。本实施例的光学模块设置有另一种引线框 12B, 该引线框 12B 具有悬置件 12j 以覆盖 LD 13 的上部空间。悬置件 12j 在挡板 12e 的 端部向后弯曲大约 90°, 以便覆盖 LD 13 的上部空间。
     图 9 评估了悬置件 12j 的长度 l 对接线 15 中产生的应力的影响。长度 l 为 0mm 时与挡板 12e 没有设置任何悬置件的情形对应, 此时应力变为大约 450MPa, 与图 7A 至图 7C 所示的情形下的应力大致相等。使悬置件 12j 的长度 l 延长, 当长度 l 等于 1mm 时, 应力可 以等于 400MPa 或更小, 这意味着悬置件 12j 的存在可以有效地独立于其长度来补偿接线 15 中产生的应力。上述评估假定挡板 12e 距接线 15 的距离、 挡板 12e 的高度和宽度分别为 0.4mm、 1mm 和 1mm。
     ( 第二实施例 )
     图 10A 和图 10D 示出了根据本发明第二实施例的光学模块。 所示出的光学模块 10C 包括引线框 12C、 模装树脂 11 和管状部件 16, 并且光学模块 10C 构成装配有连接部件 17 的 光学组件 1。管状部件 16 可以由包含铜合金和镍铁合金的金属制成, 并且覆盖模装树脂 11 的柱形部 11b。 如下文所述, 在模装处理中, 管状部件 16 可以与透明树脂 11 装配在一起, 管 状部件 16 与透明树脂 11 之间没有任何空气或间隙。可以通过将如此装配的带有管状部件 16 的光学模块 10C 插入连接部件 17 的孔内并且将它们粘结在一起来形成光学组件 1。下 面, 将描述管状部件 16 在减小接线 15 的应力方面的作用。 图 10D 是安装在本实施例的光学模块 10C 中的引线框 12C 的平面图。引线框 12C 设置有 U 形平面状的接地引线 12b, 信号引线 12a 放置在 U 形中。接地引线 12b 在与 U 形底 部对应的位置处通过基座 14 安装有 LD。一根接地引线 12b 上未经基座 14 而直接安装有 监测器 PD 18。由监测器 PD 18 产生的信号经由另一根引线 12c 引出。通过接线 15 将 LD 13、 基座 14 和监测器 PD 18 与相应的引线电连接在一起。
     图 13 示出了在引线框 12D 上安装监测器 PD 18 的另一种布置。在图 13 所示的布 置中, U 形接地引线 12b、 一对信号引线和监测器 PD 18 的信号引线 12c 与引线框 12C 的大 致相同。图 13 中的引线框 12D 具有以下特征 : 监测器 PD 18 安装在另一根接地引线 12b 上 而并非信号引线 12c 附近的接地引线 12b 上, 并且安装有 PD 18 的接地引线 12b 上设置有 在 PD 18 的后方向上翘起的凸片 12k。从 LD 13 的后面发出的光通过在凸片 12k 的表面上 的反射而进入监测器 PD18。由于从 LD 13 发出的光是分散的, 因此图 1 或图 10 所示的监测 器 PD 18 的布置 ( 其中没有放置对从 LD 18 发出的光进行反射的光学部件 ) 可以接收来自 LD 18 的散射光。然而, 在 LD 13 的后方设置的用于反射光的光学部件 12k 以增强监测器 PD 18 能够检测到的光的强度。
     再次参考图 10B 和图 10C, 将具有管状部件 16 的光学模块 10C 插入连接部件 17 的 孔 17h 内。共轴形状的连接部件 17 设置有 : 第一管部 17d, 其设置有从端部延伸的第一孔 17f, 以便容纳安装在外部光纤的末端上的套圈 ; 以及位于另一端的另一管部 17a, 其形成 有孔 17h 以容纳光学模块 10C。该两个孔 17f 和 17h 与直径比两个孔 17f 和 17h 小的第三 孔 17g 连接。此外, 在两个管部 17a 与 17d 之间形成有颈部 17b 和凸缘 17c, 该颈部 17b 和 凸缘 17c 可以与光学组件 1 光学对准。对第一孔 17f 的端部 17e 进行倒角, 以便于插入套 圈。
     可以通过在管状部件 16 的外周表面上施涂粘合剂并且将管状部件 16 插入孔 17h 中, 来将光学模块 10C 与连接部件 17 装配一起。可以通过调整插入孔 17 的深度 ( 即沿光
     轴进行对准 ), 并且稍微地移动孔 17h 内的模块 10C( 即在与光轴垂直的平面中进行对准 ) 来使光学模块 10C 光学对准。由于在管状部件 16 与孔 17h 的内表面之间形成有小间隙, 因 此光学模块 10C 可以在孔 17h 内稍稍移动。在上述光学对准之后固化粘合剂, 从而可以使 光学模块 10C 与连接部件 17 装配在一起。
     ( 第三实施例 )
     图 11A 至图 11D 示出了变型的管状部件 16A。管状部件 16A 同样覆盖透明树脂 11 的柱形部 11b。与图 10A 至图 10D 所示的管状部件 16 相比, 管状部件 16A 具有以下特征 : 本实施例的管状部件 16A 设置有两个开口 16a 和两条缝 16b, 它们相 90°交替地形成。
     两个开口 16a 配置来在将管状部件 16A 放置在模装空腔内时容纳定位销。即, 参 考图 11C, 在引线框 12C 上安装元件, 并且将元件与引线框 12C 电连接之后, 在模装空腔内放 置中间组件。在实例中, 上模 20a 和下模 20b 均设置有销 20c。当上模 20a 和下模 20b 连接 在一起时, 下模 20b 中的销插入在管状部件 16A 的一个开口 16a 中, 而另一个开口 16a 容纳 配置在上模 20a 中的销 20c。从而, 管状部件 16A 可以与模对准, 于是, 设置在上模 20a 中的 注入口 20d 可以与管状部件 16A 的一条缝 16b 对准, 而另一条缝 16b 可以与排气口 20e 自 动对准, 从而可以便于将模装树脂注入空腔内的操作, 并且管状部件 16A 完全覆盖模装树 脂的柱形部 11b 以补偿接线 15 中产生的应力。 对具有图 11D 中所示的尺寸的管状部件 16A 的效果进行评估。图 12A 评估了管状 部件 16A 的厚度 t 对应力的影响, 其中条件 t = 0mm 与没有管状部件的情形对应。参考图 12A, 即使管状部件 16A 的厚度 t 仅仅为 0.1mm, 也能够充分地补偿接线 15, 但是, 当厚度 t 大于 2mm 时, 补偿的效果受限或饱和。2mm 的厚度 t 为与引线框 12 的厚度相当, 因此, 即使 管状部件 16A 由与引线框 12A 相同的金属制成, 管状部件 16A 也十分有效。
     图 12B 评估了管状部件 16A 的宽度 w 对接线 15 的应力的影响。管状部件 16A 的 宽度仅仅为 3mm 时, 可以补偿应力大约 70%。宽度 w 仅为 1mm 的管状部件 16 可以减小大约 35%的应力。已经描述过, 即使在没有管状部件的情形下 ( 与宽度为 0mm 的情形对应 ), 接 线 15 也未必断裂。可靠性水平 ( 在反复的恶劣环境条件下接线断裂的可能性显著增加 ) 是本发明的主题。 通过管状部件 16A 所实现百分之几十的补偿, 将显著地增加光学模块 10C 的可靠性。在图 12A 和图 12B 所示的评估中, 所使用的元件的物理常数列出在上表中, 并且 管状部件 16A 为铜合金材质。
     另外, 由管状部件 16A 补偿的应力大于由形成在根据图 1 所示的第一实施例的引 线框 12 中的挡板 12e 补偿的应力。由于管状部件 16A 覆盖并且固定了透明树脂 11 的整个 外表面, 从而有效地限制了树脂 11 膨胀, 尤其, 朝向接线 15 的延伸方向的膨胀。
     ( 第四实施例 )
     图 14A 至图 14C 描述了根据本发明的第四变型实例。根据图 10 至图 12 所示的第 二实施例的光学模块 10A 设置有管状部件 16 或 16A, 以便覆盖透明树脂 11 的外周表面。本 实施例的光学模块 10B 在透明树脂 11 内设置管状部件 16。图 14A 至图 14C 分别描述了制 造设置有引线框 12D 的光学模块 10B 的处理。引线框 12D 设置有位于接地引线 12b 的外侧 的一对缝 12n。缝 12n 之间的间距大致等于管状部件 16 的直径。执行以下处理 : 如图 14B 所示, 首先将管状元件 16 插入缝 12n 内, 接着将具有引线框 12D 的管状元件 16 的中间组件 放置在下模 20b 上, 其中元件安装在引线框 12D 上并且与引线框 12D 接线。由于缝 12n 之
     间空间大致等于管状部件 16 的直径, 因此可以仅仅通过将管状部件 16 插入缝 12n 内来将 管状部件 16 与引线框 12D 装配在一起。
     下模 20b 伸出穿过形成在引线框 12D 中的开口 12m 的销。下模 20b 中的销具有将 上模 20a 与下模 20b 对准的作用, 因此, 在销容纳在设置于上模 20a 上的孔中的情况下来固 定上模 20a, 用于模装的空腔 20f 形成为放置具有管状部件 16 的引线框 12D。接着, 在从排 气口 20e 排出空腔 20f 中剩下的空气的同时, 从注入口 20d 注入树脂, 由此来模装透明树 脂。如图 14C 所示, 由于树脂的柱形部 11b 的中心必须与通过基座 14 安装在引线框 12D 上 的 LD 13 的光轴对准, 因此管状部件 16 的中心偏离树脂的柱形部 11b 的中心。此外, 模装 树脂的柱形部 11b 的外形实际上为具有直线边缘的扩展圆 (an expanded circular with linear edges)。这是因为, 在模装之后易于从模块 10A 上拆卸上模 20a 和下模 20b。
     根据本变型实施例, 模装在树脂 11 内的管状部件 16 也可以有效地补偿接线 15 中 产生的应力。
     ( 第五实施例 )
     图 15 是根据本发明第五实施例的光学模块 10C 的透视图。光学模块 10C 设置有 透明树脂 11A, 该透明树脂 11A 同样具有平面部 11a 和柱形部 11b。但是, 本实施例的透明 树脂 11A 具有与上述树脂 11 不同的特征, 即: 本树脂 11A 的平面部 11a 设置有窗口 11d, 从 窗口 11d 露出位于该窗口 11d 的底部上的引线框 12E 的接地引线 12b, 并且接地引线 12b 设 置有另一个窗口 12k。 光学模块 10C 可以通过与第一和第二实施例类似的处理来制造, 即, 在 LD 13 等安 装在引线框 12E 上并且与引线框 12E 接线之后, 用树脂 11 模装 LD 13 等。接着, 通过将例 如柔性印刷电路板 ( 参考图 17) 焊接至引线框 12E 的部分 12o, 来使该模装模块 10C 与主 机系统电连接。上述引线框 12E 具有大于 350Wm/K 的导热率。此外, 根据焊料类型, 焊接温 度达到大约 180℃至 230℃。于是, 焊接过程中的热量容易传导至引线框 12E 上接合有了接 线 15 的另一端, 并且在接线 15 和引线框 12E 中产生大的热应力。根据本实施例的光学模 块 10C 设置有位于树脂 11A 的平面部中的窗口 11d, 以露出接地引线 12, 并且除窗口 11d 以 外, 接地引线 12b 中设置有横贯引线 12b 的另一窗口 12p。接地引线 12b 中的窗口 12p 缩小 了接地引线 12b 的剖面, 从而增加了引线 12b 的热阻。不仅仅窗口 12p, 凹口或凹槽也可以 具有与窗口 12p 大致相同的功能。当柔性印刷电路板焊接至引线框 12E 的部分 12o 时, 使 部件 21 与接地引线 12b 接触, 部件 21 可以有效地消散从部分 12o 沿引线框 12E 传导至模 装树脂 11A 的内部的热量。部件 21 可以为由铜合金制成的金属块。图 15 和图 16 所示的 实施例在平面部 11a 中设置窗口 11d, 并且在引线框 12E 中设置另一个窗口 12p, 然而, 只有 一个窗口 11d 或 12p 可以具有抑制热量传导至模装树脂 11A 的作用。
     图 16 是设置有两个窗口 11d 和 12p 的模块 10C 的平面图。形成在接地引线 12b 中的第一窗口 12p 的纵向宽度 w1 为 0.15mm, 而接地引线 12b 上其余部分的宽度 (u+v) 为大 约 0.2mm。为了抑制热量传导至模装树脂 11A 的内部, 优选地, 使接地引线的其余部分尽可 能窄。然而, 接地引线 12b 应该足够宽, 以便在本模块 10C 在千兆赫兹范围操作的情况下使 高频范围的接地电位稳定。另外, 考虑到在模块 10C 的制造处理期间对引线框 12E 的进行 处理, 引线框 12E 的厚度必须为大约 0.2mm。
     图 16 所示的模块 10C 设置有两个窗口 11d1 和 11d2, 前者露出接地引线 12b 而后
     者露出信号引线 12a。这两个窗口 11d1 和 11d2 均具有 0.5mm 的横向宽度。当窗口 11d 具 有更宽的横向宽度时, 通过窗口 11d 消散热量会更有效, 但是平面部 11a 必须扩展以适用该 更宽的窗口, 从而导致模块尺寸增大。
     当光学模块 10C 的操作速度达到或超过 10GHz 时, 信号引线 12a 的特性阻抗强烈 地影响传递至信号引线 12a 的信号质量。 信号引线 12a 的特性阻抗不仅取决于信号引线 12a 的宽度和厚度, 而且取决于在信号引线 12a 周围的物质。在树脂 11A 中设置窗口 11d 时, 信 号引线 12a 中完全覆盖有树脂 11A 的部分的特性阻抗与位于窗口中且周围没有物质的部分 的特性阻抗明显失配, 从而在信号引线 12a 上传递的信号的质量降低。因此, 当部件 21 与 信号引线 12a 和接地引线 12b 接触以促进引线框 12E 上的热消散时, 在将电路板焊接至引 线框 12E 之后, 本光学模块 10C 用介电常数与透明树脂 11A 大致相等的材料填充窗口 11d。 从而, 形成有窗口 11d 的部分和余下部分之间的阻抗失配可以被有效地补偿。图 17 示出了 根据本实施例的光学模块 10C, 其中柔性印刷电路板 22 与引线框 12E 连接。

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1、(10)申请公布号 CN 102449865 A (43)申请公布日 2012.05.09 C N 1 0 2 4 4 9 8 6 5 A *CN102449865A* (21)申请号 201080008392.6 (22)申请日 2010.02.18 2009-036328 2009.02.19 JP 2009-037419 2009.02.20 JP 2009-037420 2009.02.20 JP H01S 5/022(2006.01) (71)申请人住友电气工业株式会社 地址日本大阪府 (72)发明人佐伯智哉 水江俊雄 (74)专利代理机构北京天昊联合知识产权代理 有限公司 1111。

2、2 代理人顾红霞 段斌 (54) 发明名称 以透明模装树脂封装引线框和半导体光学装 置的光学模块 (57) 摘要 本发明公开了一种具有新布置的光学模块。 光学模块用树脂模装装置,树脂能透过从安装在 引线框上并且通过接线与引线框电连接的装置上 发出的光。引线框中在离装置的距离与装置尺寸 大致相当的位置处设置有挡板。挡板补偿因透明 树脂的热膨胀系数差异较大而在接线上产生的应 力。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.08.18 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2010/052908 2010.02.18 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/095760。

3、 EN 2010.08.26 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 10 页 CN 102449888 A 1/3页 2 1.一种光学模块,包括: 引线框; 半导体光学装置,其安装在所述引线框上; 接线,其将所述引线框与所述半导体光学装置连接;以及 树脂,其模装所述引线框、所述半导体光学装置和所述接线,所述树脂能透过从所述半 导体光学装置发出的光, 其中,所述引线框设置有挡板,该挡板在离所述半导体光学装置的距离大致等于所述 半导体光学装置的尺寸的位置处弯曲。 2.根据权利要求1所述的光学模块, 其中,所述挡。

4、板沿与下述方向大致平行的方向弯曲:与所述半导体光学装置连接的所 述接线延伸的方向。 3.根据权利要求1所述的光学模块, 其中,所述挡板弯曲成与所述半导体光学装置的光轴相交。 4.根据权利要求3所述的光学模块, 其中,所述挡板设置有供所述半导体光学装置的所述光轴穿过的开口。 5.根据权利要求1所述的光学模块, 其中,所述引线框在与安装有所述半导体光学装置的前表面相对的后表面上设置有薄 部,所述引线框沿所述薄部弯曲。 6.根据权利要求1所述的光学模块, 其中,所述半导体光学装置具有大致矩形平面形状,并且所述挡板设置有副挡板,所述 挡板和所述副挡板围绕所述半导体光学装置。 7.根据权利要求1所述的光。

5、学模块, 其中,所述树脂设置有平面部和柱形部,所述半导体光学装置模装在所述柱形部中,所 述引线框从所述平面部伸出。 8.根据权利要求7所述的光学模块, 其中,所述平面部设置有窗口,以露出其内部的所述引线框。 9.根据权利要求7所述的光学模块, 其中,所述引线框在模装在所述平面部中的部分设置有窗口,所述窗口缩小了所述引 线框的剖面。 10.根据权利要求7所述的光学模块, 还包括由金属制成的管状部件,所述管状部件附着至所述透明树脂。 11.根据权利要求7所述的光学模块, 其中所述柱形部埋设有由金属制成的管状部件,所述管状部件覆盖所述半导体光学装 置。 12.根据权利要求1所述的光学模块, 其中,所。

6、述光学装置为半导体发光装置, 其中所述光学模块还包括半导体光接收装置,所述半导体光接收装置检测从所述半导 体光学装置发出的光的亮度,所述半导体光电二极管安装在所述引线框上,并且 其中所述引线框设置有从所述引线框上安装有所述半导体光学装置的表面弯曲的凸 权 利 要 求 书CN 102449865 A CN 102449888 A 2/3页 3 片,所述凸片朝向所述光接收装置反射从所述半导体发光装置发出的光。 13.一种光学模块,包括: 引线框; 半导体光学装置,其安装在所述引线框的主表面上; 接线,其将所述引线框与所述半导体光学装置电连接; 树脂,其模装所述引线框、所述半导体光学装置和所述接线,。

7、所述树脂能透过从所述半 导体光学装置发出的光,所述树脂包括柱形部和平面部,所述柱形部具有圆柱外形并且模 装所述半导体光学装置和所述引线框的主表面,所述平面部与所述柱形部相连,并且伸出 所述引线框;以及 管状部件,其由金属制成且围绕所述柱形部, 所述管状部件附着至所述柱形部。 14.根据权利要求13所述的光学模块, 其中,所述管状部件包围所述柱形部。 15.根据权利要求13所述的光学模块, 其中,所述树脂中埋有所述管状部件。 16.根据权利要求15所述的光学模块, 其中,所述引线框设置有一对缝,所述管状部件插入所述缝内并且由所述引线框支撑。 17.根据权利要求13所述的光学模块, 其中,所述平面。

8、部设置有窗口,以露出所述引线框。 18.根据权利要求13所述的光学模块, 其中,所述引线框在模装在所述平面部中的部分设置有窗口,从而缩小了所述引线框 的剖面。 19.一种制造光学模块的方法,其用树脂模装半导体光学装置和安装所述半导体光学 装置的引线框,所述树脂能透过从所述半导体光学装置发出的光,并且所述树脂设置有安 装所述半导体光学装置的柱形部和伸出所述引线框的平面部,所述平面部设置有窗口以露 出所述引线框,所述方法包括以下步骤: (a)在所述引线框上安装所述半导体光学装置,并且用接线将所述引线框与所述半导 体光学装置电连接; (b)用所述树脂模装所述半导体光学装置,所述接线和所述引线框,以形。

9、成所述柱形部 和所述平面部; (c)在所述平面部中的所述窗口处,使部件与所述引线框接触;以及 (d)焊接从所述平面部抽出的所述引线框。 20.根据权利要求19所述的方法, 还包括以下步骤:在所述焊接之后,在所述窗口中填充材料,所述材料的介电常数大致 等于所述树脂的介电常数。 21.根据权利要求19所述的方法, 还包括以下步骤:在所述将所述半导体光学装置与所述引线框电连接的步骤之后,并 且在所述模装步骤之前,在离所述半导体光学装置的距离与所述半导体光学装置的尺寸相 当的位置处弯曲所述引线框的一部分以形成挡板。 权 利 要 求 书CN 102449865 A CN 102449888 A 3/3页。

10、 4 22.根据权利要求22所述的方法, 还包括以下步骤,在所述电连接之后并且在所述模装之前,用所述管状部件覆盖所述 半导体光学装置以及所述引线框中安装有所述半导体光学装置的部分。 权 利 要 求 书CN 102449865 A CN 102449888 A 1/9页 5 以透明模装树脂封装引线框和半导体光学装置的光学模块 技术领域 0001 本发明涉及可应用于光学通信系统的光学模块,尤其,本发明涉及用可透过从半 导体光学装置发出的光的树脂封装引线框和安装在引线框上的半导体光学装置的光学模 块。 背景技术 0002 本领域的技术人员已公知用透明树脂模装半导体光学装置的光学模块。例如,日 本专利。

11、申请公开JP-2007-142278A和JP-2001-074985A披露了以下光学模块:其用可透过 从半导体光学装置发出的光的树脂封装半导体光学装置,并且设置有透镜,以便会聚由模 装树脂的外形而形成的光。由于透明树脂不包含调整热膨胀的填充剂,因此尽管树脂透明, 但树脂仍具有大的热膨胀系数。从而,树脂对封装在其内的元件产生大的热应力。尤其, 在树脂内的部件中,将引线框与半导体装置电连接的接线最容易受应力影响,因此,由透明 树脂的大热膨胀系数引起的热应力将破坏接线,或者使接线上剖面缩窄的部分的可靠性降 低。 0003 填充剂 发明内容 0004 本发明提供了一种改进的布置,在用由不具有填充剂的透。

12、明树脂模装半导体装置 和电子元件时,该布置可以减小这种树脂引起的热应力以补偿热膨胀系数。 0005 本发明的一方面涉及一种光学模块,其中用透过从半导体光学装置发出的光的树 脂来模装半导体光学装置和安装半导体光学装置的引线框,其中用接线将半导体光学装置 和引线框电连接。由于树脂没有填充剂来补偿其特性,因此热膨胀系数比常规使用的树脂 大很多。因此,模装在树脂内的元件因周围温度变化和/或诸如焊接引线框等热处理而产 生应力。应力尤其集中在具有物理上耐性低的元件的部分上,当应力集中在接线上时,有时 导致接线断裂。 0006 根据本发明的光学模块设置有挡板,以补偿接线中产生的应力。本发明的挡板是 引线框的。

13、一部分并且离半导体光学装置的距离与半导体光学装置的尺寸相当。挡板可以形 成为不仅沿装置的一个边缘延伸,并且围绕半导体光学装置,并且/或者覆盖半导体光学 装置正上方的空间。 0007 本发明的光学模块可以设置具有柱形部和平面部的树脂,其中柱形部封装半导体 光学装置,而平面部伸出有引线框。光学模块还可以包括以附着的方式覆盖柱形部的管状 部件。管状部件可以在物理上限制柱形部的膨胀,从而接线中产生的应力可以被补偿。 0008 此外,透明树脂的平面部可以设置窗口,以露出模装在树脂中的引线框。在部件与 暴露在窗口中的引线框接触的情况下焊接引线框,可以有效地限制由焊接产生的热量传导 至树脂内部。此外,在执行。

14、焊接之后,可以通过填充介电常数与透明树脂大致相等的材料来 使引线框的特性阻抗基本不变。 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 2/9页 6 附图说明 0009 下面参考附图详细描述本发明的优选实施例,以便更好地理解上述及其它目的、 方面和优点,其中: 0010 图1A是根据本发明第一实施例的光学模块的透视图,其中虚线表示透明树脂的 形状,而图1B放大了在引线框上安装半导体光学装置的部分; 0011 图2示出了从与图1B所述的主要部分相反的侧观察到的引线框,该引线框上安装 有图1A中所示的半导体光学装置; 0012 图3示出了图1A所示的光学模块的第一变型实例; 。

15、0013 图4示出了对在图1A所示的第一实施例中出现的新布置的效果进行评估的参数; 0014 图5示出了对图3中所示的第一变型实施例的效果进行评估的参数; 0015 图6示出了图1A所示的光学模块的第二变型实例和用于对第二变型实例的变型 布置的效果进行评估的参数; 0016 图7A至图7C示出了图1中所示的第一实施例的效果的结果,其中图7A至7C示 出了接线中产生的应力与距接线的距离、挡板高度和挡板宽度的关系; 0017 图8A和图8B示出了图3所示的第一变型实施例所显示出的效果的结果,其中示 出了接线中出现的应力与副挡板的长度之间的关系,及与副挡板之间的间距的关系; 0018 图9示出了图6。

16、所示的第二变型实施例的效果,其中示出了接线中产生的应力与 挡板顶部宽度之间的关系; 0019 图10A至图10D示出了根据本发明第二实施例的光学模块,其中图10A是光学模 块和套管部件的分解视图,图10B是将光学模块与套管部件装配在一起的光学组件的透视 图,图10C是沿光学组件的光轴截取的剖面,以及图10D是示出光学模块中的引线框和安装 在引线框上的装置的平面图; 0020 图11A至图11D示出了图10A至图10D所示的光学模块的布置,其中图11A是透 视图,图11B是平面图,图11C是透明树脂的柱形部的剖视图,以及图11D示出了覆盖透明 树脂的柱形部的管子; 0021 图12A和图12B示。

17、出了管子的效果,其中图12A示出了接线中产生的应力与管子 厚度的关系,而图12B示出了应力与管子沿模块纵向的宽度的关系; 0022 图13示出了图10A至图10D所示的引线框的变型布置,其中变型引线框具有向上 弯曲的部分以起到反射镜的作用,所述反射镜朝向监测器PD反射来自激光二极管的光; 0023 图14A至图14C示出了制造图10A至图10D所示的第二实施例的光学模块的过程; 0024 图15是从图1或图10A至图10D中的树脂变型得到的透明树脂的透视图; 0025 图16是图15所示的变型树脂的平面图;以及 0026 图17示出了包含图15所示的与柔性印刷电路板电连接的光学组件的组件。 具。

18、体实施方式 0027 (第一实施例) 0028 图1A是根据本发明第一实施例的光学模块的透视图,而图1B放大了光学模块10 的主要部分,其中LD 13安装在引线框架12上。本实施例的光学模块10包括:模装树脂 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 3/9页 7 11,其能透过从模装在其内的半导体光学装置中发出的光;引线框12;半导体光学装置13; 以及基座14。半导体装置13通过基座14安装在引线框12上。半导体装置13可以为激光 二极管(以下称为LD)或光电二极管(以下称为PD)。以下描述主要着重于封装有LD的光 学模块,然而,本发明的主题可以以相似的方式应用。

19、于封装有PD的光学模块或封装有LD和 PD的光学模块。 0029 图1A所示的光学模块10用透明树脂11对安装在基座14上的LD 13进行封装。 模装树脂11包括平面部11a和柱形部11b。LD 13模装在柱形部11b中,而引线框12从平 面部11a上与柱形部11b相反的端部伸出。柱形部11b的中部设置有透镜11c,以便使从 LD 13发出的光会聚,所述透镜11c由模装树脂11的外形形成。本实施例的模装树脂11, 即平面部11a和柱形部11b均具有透过从LD 13发出的光的功能。 0030 引线框12从平面部11a的端部伸出。引线框12包括:信号引线12a,其经由接 线15与LD 13电连接;。

20、接地引线12b,其通过基座14来安装在LD 13上;以及另一根引线 12c,由监测器PD(图1A中未示出)生成的信号经过该引线12c,所述监测器PD监测从LD 13发出的光的亮度。信号引线12a放置在接地引线12b之间,以减小外部噪声对信号引线 12a的影响。信号引线12a在靠近LD 13的一侧上设置有弯曲部12d,以缩短从引线12a引 至LD 13的接线15的长度。 0031 根据本实施例的光学模块10设置有挡板12e,该挡板12e是引线框12在靠近LD 13的部分沿着LD 13的边缘向上弯曲90而得到的部分。如下文所述,挡板12e非常靠近 LD 13可以减小与LD 13连接的接线15所产生。

21、的应力。即,挡板12e可以补偿在模装树脂 11与引线框12之间产生的应力,以防止接线15断裂。 0032 透明树脂11不包含添加剂(通常被称为填充剂),以使树脂透过从LD 13发出的 光。由于填充剂可以减小树脂的热膨胀系数,因此本实施例的透明树脂11的膨胀系数比模 装在其内的诸如金属引线框12等元件的膨胀系数大约4倍,从而因光学模块10的周围温 度和由LD 13产生的热量导致对该元件产生大的热应力。当该热应力施加在接线15上时, 接线15很容易断裂,其中接线15是树脂11内部最不结实的元件。 0033 图1B示意性示出连接至LD 13上的接合区的接线15以及焊接在基座14上的接 线15的形状。。

22、普通的接线法使接线15沿与接合区垂直的方向延伸。此外,当接线15与接 合区之间的接合强度满足常规条件时,由热膨胀系数的差异引起的应力集中在接线15的 颈部,即紧靠近接合区的部分和接线直径显著变化的部分。挡板12e可以减小集中于接线 15的颈部上的应力。 0034 挡板12e的中部设置有开口12f,从LD 13发出的光穿过该开口12f。尽管图1所 示的实施例中将开口12f形成为圆形,但开口12f不限于圆形。可以采用从挡板12e的边 缘向其中部形成的V形切口或U形切口。从LD 13发出的光穿过开口12f,并且由形成在透 明树脂11的表面中的透镜11c会聚或校准,以便供应至模块10的外部。本实施例的。

23、引线 框12可以由厚度为0.1至0.2mm的铜合金或铁镍合金制成。 0035 参考图2,引线框12还设置有位于挡板12e的后侧的薄部12g,以便于挡板12e的 弯曲。首先用凿子在引线框12的后表面中形成薄部12g,在LD 13与引线框12之间执行接 线之后,再沿薄部12g向上弯曲引线框12。如下文所述,本实施例优选地使挡板12e尽可能 地靠近LD 13,以减小接线15中的应力,例如,优选地,挡板12e与LD 13之间的距离大致等 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 4/9页 8 于LD 13的尺寸。从而,在弯曲引线框12之前,在引线框12的后表面上制成薄部12。

24、g是非 常有效的。 0036 下面,将描述制造本实施例的光学模块10的过程。光学模块10可以通过以下处 理来实现:首先,将LD 13和其它元件经过基座14或直接地安装在引线框12上,其中引线 框12具有多个内引线12a至12c,该内引线12a至12c由围绕其的引线支撑件支撑。由于 内引线12a至12c由带有系杆的引线支撑件支撑,因此不能拆卸内引线12a至12c。接着, 通过接线将LD 13的接合区、PD和基座14与引线框12连接在一起。可以使用热压接合、 超声波接合或者同时使用热压接合和超声波接合。接着,将与元件装配在一起的引线框12 沿薄部12g向上弯曲以形成挡板12e,并且将引线框12放置。

25、在模装铸模的空腔内。模装铸 模通常包括上模、下模和透镜模,这些模形成放置引线框12的空腔。空腔的形状与透明树 脂11的外形对应。 0037 接着,将模装树脂注入空腔内。上模和下模中的一个上设置有用于注入树脂的口, 而另一模或同一个模上设置有用于排出空气或惰性气体的口。当紧挨LD 13设置的挡板 12e与注入口大致垂直时,由于存在挡板12e,因此有时所注入的树脂不能够填满空腔。因 此,优选地,挡板12e放置成与注入口大致平行。此外,为了减小因所注入的树脂的流动而 对接线15产生的应力,优选地,注入口沿接线15延伸的方向放置,即沿与引线框12的主表 面大致垂直的方向设置。注入树脂并且使树脂固化,之。

26、后,首先拆卸透镜模,接着拆卸上模 和下模,从而完成了树脂模装。最后,切断支撑内引线12a至12c的系杆,从而完成了用透 明树脂将光学和电气元件封装在内的光学模块10。 0038 图7A至图7C对根据本发明实施例的挡板12e的效果进行评估。用于评估的物理 参数示出在图4中并且列出在下表中,其中挡板12e的宽度表示为w,距引线框12的主表面 的高度表示为h,并且挡板12e离LD 13的接合区上的接线15的距离表示为l。通过接线 15中产生的应力来进行评估。 0039 表:用于评估的物理参数 0040 部件 材料 杨氏模量 线性膨胀系数 LD 磷化铟 82.7 4.5010 -6 基座 氮化铝 32。

27、0.0 4.7010 -6 PD 磷化铟 82.7 4.5010 -6 引线框 铜合金 125.0 1.7510 -5 金线 金 78.0 1.4210 -5 模装树脂 环氧树脂 3.2 6.5010 -5 粘合剂 环氧树脂 7.0 3.0010 -5 0041 参考图7A至图7C,挡板12e距接线15的距离l足够大、挡板12e的宽度为0,并 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 5/9页 9 且挡板12e的高度为0的情形对应于没有形成挡板12的情况。可以通过比较接线15所产 生的应力比没有设置挡板12e的情况减小了多少,来评估挡板12e的效果。 0042 参考。

28、图7A,在没有挡板12e的情况下,接线15中产生约550MPa的应力。将挡板 12e设置在距离LD 13大约0.5mm的距离(该距离是LD 13的尺寸的大约两倍)处时,应力 可以减小至500MPa,并且当将挡板12e设置为更靠近LD 13(距离LD 13大约0.4mm)时,应 力可以减小至450MPa,这意味着比初始状态减小了18。即使在没有挡板12e的情况下, 接线15也未必断裂。将模块10暴露在85和85的湿度的条件下时,仅仅少数模块中的 接线15发生断裂。因此,应力从550MPa减小至500MPa时,可以使模块的可靠性显著增加。 当挡板12e靠近至约0.2mm(与LD 13的尺寸相当)时。

29、,应力可以减小至400MPa或更小。 0043 图7B示出了对应力与挡板12e的高度之间的关系的评估。在该评估中,挡板12e 距接线15的距离设定为0.4mm并且挡板12e的宽度假定为1mm。参考图7B,随着高度h的 增加,应力单调地减小。但是,当高度超过1mm且超过1.5mm时,这种效应减小。为了增加 挡板12e的高度h,必须增加模装树脂11的柱形部11b的直径。基于不断需要减小模块尺 寸,柱形部11b的直径最大可以为5mm。因此,挡板12e的高度h限制为5mm,即最大允许直 径的一半。图7B所示的评估完全满足该限制,即,可以在不增加模装树脂11的柱形部11b 的直径的情况下,减小接线15中。

30、产生的应力。 0044 图7C评估了挡板12e的宽度w对接线15中产生的应力的影响,其中高度h和挡板 12e距接线15的距离l分别假定为1mm和0.4mm。将挡板12e的宽度w设定为至少0.75mm 时,与未设置挡板12e的情况相比,应力可以减小至少18。但是,当继续增加挡板12e的 宽度w时,应力的减小很有限。足够宽的挡板12e也只能使应力减小大约20。从而,基于 图7A至图7C所示的评估,挡板12e尽可能地靠近LD 13或接线15时,将最有效地减小接 线15中产生的应力。然而,零(0)距离的条件在物理上是不可能的,当考虑到在执行接线 之后弯曲挡板12e的处理时,实际上可以将挡板12e与LD。

31、 13的距离设定为约0.4mm,该距 离与LD 13的尺寸相当。 0045 (第一实施例) 0046 图3示出了第一实施例的变型。图3所示的光学模块10A设置有与图1A所示的 第一实施例的引线框12不同的另一种引线框12A。即,本引线框12A除挡板12e以外还设 置有副挡板12h,以使LD 13放置在该副挡板之间,但是与第一实施例一样,本实施例的挡 板12e也设置有供从LD 13发出的光通过的开口12f。 0047 图8A和图8B评估了图3中所示的挡板12e和副挡板12h的作用,其中图8A和图 8B中所出现的参数与图5中所示的参数对应。挡板12e的宽度w是副挡板12h之间的间 距,而副挡板12。

32、h的长度l与其外侧长度对应。参考图8A和图8B,副挡板12h对接线15中 所产生应力的减小显示出显著的效果,但是副挡板12h的效果比挡板12e的效果稍差。将 副挡板12h的长度l从0增加至0.6mm时,其中长度l等于0的情形与没有任何副挡板12h 的情形对应,则应力可以补偿大约10,但这就表示超过了0.5mm。类似地,即使当副挡板 12h之间的间距w减小时,应力也不会小于400MPa。在这些评估中,挡板12e距接线15的 距离和挡板12e与副挡板12h的高度分别假定为0.4mm和1mm。 0048 (第二实施例) 0049 图6示出了光学模块10的又一个变型。本实施例的光学模块设置有另一种引线。

33、 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 6/9页 10 框12B,该引线框12B具有悬置件12j以覆盖LD 13的上部空间。悬置件12j在挡板12e的 端部向后弯曲大约90,以便覆盖LD 13的上部空间。 0050 图9评估了悬置件12j的长度l对接线15中产生的应力的影响。长度l为0mm 时与挡板12e没有设置任何悬置件的情形对应,此时应力变为大约450MPa,与图7A至图7C 所示的情形下的应力大致相等。使悬置件12j的长度l延长,当长度l等于1mm时,应力可 以等于400MPa或更小,这意味着悬置件12j的存在可以有效地独立于其长度来补偿接线15 中产生的。

34、应力。上述评估假定挡板12e距接线15的距离、挡板12e的高度和宽度分别为 0.4mm、1mm和1mm。 0051 (第二实施例) 0052 图10A和图10D示出了根据本发明第二实施例的光学模块。所示出的光学模块10C 包括引线框12C、模装树脂11和管状部件16,并且光学模块10C构成装配有连接部件17的 光学组件1。管状部件16可以由包含铜合金和镍铁合金的金属制成,并且覆盖模装树脂11 的柱形部11b。如下文所述,在模装处理中,管状部件16可以与透明树脂11装配在一起,管 状部件16与透明树脂11之间没有任何空气或间隙。可以通过将如此装配的带有管状部件 16的光学模块10C插入连接部件1。

35、7的孔内并且将它们粘结在一起来形成光学组件1。下 面,将描述管状部件16在减小接线15的应力方面的作用。 0053 图10D是安装在本实施例的光学模块10C中的引线框12C的平面图。引线框12C 设置有U形平面状的接地引线12b,信号引线12a放置在U形中。接地引线12b在与U形底 部对应的位置处通过基座14安装有LD。一根接地引线12b上未经基座14而直接安装有 监测器PD 18。由监测器PD 18产生的信号经由另一根引线12c引出。通过接线15将LD 13、基座14和监测器PD 18与相应的引线电连接在一起。 0054 图13示出了在引线框12D上安装监测器PD 18的另一种布置。在图13。

36、所示的布 置中,U形接地引线12b、一对信号引线和监测器PD 18的信号引线12c与引线框12C的大 致相同。图13中的引线框12D具有以下特征:监测器PD 18安装在另一根接地引线12b上 而并非信号引线12c附近的接地引线12b上,并且安装有PD 18的接地引线12b上设置有 在PD 18的后方向上翘起的凸片12k。从LD 13的后面发出的光通过在凸片12k的表面上 的反射而进入监测器PD18。由于从LD 13发出的光是分散的,因此图1或图10所示的监测 器PD 18的布置(其中没有放置对从LD 18发出的光进行反射的光学部件)可以接收来自 LD 18的散射光。然而,在LD 13的后方设置。

37、的用于反射光的光学部件12k 以增强监测器 PD 18能够检测到的光的强度。 0055 再次参考图10B和图10C,将具有管状部件16的光学模块10C插入连接部件17的 孔17h内。共轴形状的连接部件17设置有:第一管部17d,其设置有从端部延伸的第一孔 17f,以便容纳安装在外部光纤的末端上的套圈;以及位于另一端的另一管部17a,其形成 有孔17h以容纳光学模块10C。该两个孔17f和17h与直径比两个孔17f和17h小的第三 孔17g连接。此外,在两个管部17a与17d之间形成有颈部17b和凸缘17c,该颈部17b和 凸缘17c可以与光学组件1光学对准。对第一孔17f的端部17e进行倒角,。

38、以便于插入套 圈。 0056 可以通过在管状部件16的外周表面上施涂粘合剂并且将管状部件16插入孔17h 中,来将光学模块10C与连接部件17装配一起。可以通过调整插入孔17的深度(即沿光 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 7/9页 11 轴进行对准),并且稍微地移动孔17h内的模块10C(即在与光轴垂直的平面中进行对准) 来使光学模块10C光学对准。由于在管状部件16与孔17h的内表面之间形成有小间隙,因 此光学模块10C可以在孔17h内稍稍移动。在上述光学对准之后固化粘合剂,从而可以使 光学模块10C与连接部件17装配在一起。 0057 (第三实施例) 。

39、0058 图11A至图11D示出了变型的管状部件16A。管状部件16A同样覆盖透明树脂11 的柱形部11b。与图10A至图10D所示的管状部件16相比,管状部件16A具有以下特征: 本实施例的管状部件16A设置有两个开口16a和两条缝16b,它们相90交替地形成。 0059 两个开口16a配置来在将管状部件16A放置在模装空腔内时容纳定位销。即,参 考图11C,在引线框12C上安装元件,并且将元件与引线框12C电连接之后,在模装空腔内放 置中间组件。在实例中,上模20a和下模20b均设置有销20c。当上模20a和下模20b连接 在一起时,下模20b中的销插入在管状部件16A的一个开口16a中,。

40、而另一个开口16a容纳 配置在上模20a中的销20c。从而,管状部件16A可以与模对准,于是,设置在上模20a中的 注入口20d可以与管状部件16A的一条缝16b对准,而另一条缝16b可以与排气口20e自 动对准,从而可以便于将模装树脂注入空腔内的操作,并且管状部件16A完全覆盖模装树 脂的柱形部11b以补偿接线15中产生的应力。 0060 对具有图11D中所示的尺寸的管状部件16A的效果进行评估。图12A评估了管状 部件16A的厚度t对应力的影响,其中条件t0mm与没有管状部件的情形对应。参考图 12A,即使管状部件16A的厚度t仅仅为0.1mm,也能够充分地补偿接线15,但是,当厚度t 大。

41、于2mm时,补偿的效果受限或饱和。2mm的厚度t为与引线框12的厚度相当,因此,即使 管状部件16A由与引线框12A相同的金属制成,管状部件16A也十分有效。 0061 图12B评估了管状部件16A的宽度w对接线15的应力的影响。管状部件16A的 宽度仅仅为3mm时,可以补偿应力大约70。宽度w仅为1mm的管状部件16可以减小大约 35的应力。已经描述过,即使在没有管状部件的情形下(与宽度为0mm的情形对应),接 线15也未必断裂。可靠性水平(在反复的恶劣环境条件下接线断裂的可能性显著增加) 是本发明的主题。通过管状部件16A所实现百分之几十的补偿,将显著地增加光学模块10C 的可靠性。在图1。

42、2A和图12B所示的评估中,所使用的元件的物理常数列出在上表中,并且 管状部件16A为铜合金材质。 0062 另外,由管状部件16A补偿的应力大于由形成在根据图1所示的第一实施例的引 线框12中的挡板12e补偿的应力。由于管状部件16A覆盖并且固定了透明树脂11的整个 外表面,从而有效地限制了树脂11膨胀,尤其,朝向接线15的延伸方向的膨胀。 0063 (第四实施例) 0064 图14A至图14C描述了根据本发明的第四变型实例。根据图10至图12所示的第 二实施例的光学模块10A设置有管状部件16或16A,以便覆盖透明树脂11的外周表面。本 实施例的光学模块10B在透明树脂11内设置管状部件1。

43、6。图14A至图14C分别描述了制 造设置有引线框12D的光学模块10B的处理。引线框12D设置有位于接地引线12b的外侧 的一对缝12n。缝12n之间的间距大致等于管状部件16的直径。执行以下处理:如图14B 所示,首先将管状元件16插入缝12n内,接着将具有引线框12D的管状元件16的中间组件 放置在下模20b上,其中元件安装在引线框12D上并且与引线框12D接线。由于缝12n之 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 8/9页 12 间空间大致等于管状部件16的直径,因此可以仅仅通过将管状部件16插入缝12n内来将 管状部件16与引线框12D装配在一起。 0。

44、065 下模20b伸出穿过形成在引线框12D中的开口12m的销。下模20b中的销具有将 上模20a与下模20b对准的作用,因此,在销容纳在设置于上模20a上的孔中的情况下来固 定上模20a,用于模装的空腔20f形成为放置具有管状部件16的引线框12D。接着,在从排 气口20e排出空腔20f中剩下的空气的同时,从注入口20d注入树脂,由此来模装透明树 脂。如图14C所示,由于树脂的柱形部11b的中心必须与通过基座14安装在引线框12D上 的LD 13的光轴对准,因此管状部件16的中心偏离树脂的柱形部11b的中心。此外,模装 树脂的柱形部11b的外形实际上为具有直线边缘的扩展圆(an expand。

45、ed circular with linear edges)。这是因为,在模装之后易于从模块10A上拆卸上模20a和下模20b。 0066 根据本变型实施例,模装在树脂11内的管状部件16也可以有效地补偿接线15中 产生的应力。 0067 (第五实施例) 0068 图15是根据本发明第五实施例的光学模块10C的透视图。光学模块10C设置有 透明树脂11A,该透明树脂11A同样具有平面部11a和柱形部11b。但是,本实施例的透明 树脂11A具有与上述树脂11不同的特征,即:本树脂11A的平面部11a设置有窗口11d,从 窗口11d露出位于该窗口11d的底部上的引线框12E的接地引线12b,并且接。

46、地引线12b设 置有另一个窗口12k。 0069 光学模块10C可以通过与第一和第二实施例类似的处理来制造,即,在LD 13等安 装在引线框12E上并且与引线框12E接线之后,用树脂11模装LD 13等。接着,通过将例 如柔性印刷电路板(参考图17)焊接至引线框12E的部分12o,来使该模装模块10C与主 机系统电连接。上述引线框12E具有大于350Wm/K的导热率。此外,根据焊料类型,焊接温 度达到大约180至230。于是,焊接过程中的热量容易传导至引线框12E上接合有了接 线15的另一端,并且在接线15和引线框12E中产生大的热应力。根据本实施例的光学模 块10C设置有位于树脂11A的平面。

47、部中的窗口11d,以露出接地引线12,并且除窗口11d以 外,接地引线12b中设置有横贯引线12b的另一窗口12p。接地引线12b中的窗口12p缩小 了接地引线12b的剖面,从而增加了引线12b的热阻。不仅仅窗口12p,凹口或凹槽也可以 具有与窗口12p大致相同的功能。当柔性印刷电路板焊接至引线框12E的部分12o时,使 部件21与接地引线12b接触,部件21可以有效地消散从部分12o沿引线框12E传导至模 装树脂11A的内部的热量。部件21可以为由铜合金制成的金属块。图15和图16所示的 实施例在平面部11a中设置窗口11d,并且在引线框12E中设置另一个窗口12p,然而,只有 一个窗口11。

48、d或12p可以具有抑制热量传导至模装树脂11A的作用。 0070 图16是设置有两个窗口11d和12p的模块10C的平面图。形成在接地引线12b 中的第一窗口12p的纵向宽度w1为0.15mm,而接地引线12b上其余部分的宽度(u+v)为大 约0.2mm。为了抑制热量传导至模装树脂11A的内部,优选地,使接地引线的其余部分尽可 能窄。然而,接地引线12b应该足够宽,以便在本模块10C在千兆赫兹范围操作的情况下使 高频范围的接地电位稳定。另外,考虑到在模块10C的制造处理期间对引线框12E的进行 处理,引线框12E的厚度必须为大约0.2mm。 0071 图16所示的模块10C设置有两个窗口11d。

49、 1 和11d 2 ,前者露出接地引线12b而后 说 明 书CN 102449865 A CN 102449888 A 9/9页 13 者露出信号引线12a。这两个窗口11d 1 和11d 2 均具有0.5mm的横向宽度。当窗口11d具 有更宽的横向宽度时,通过窗口11d消散热量会更有效,但是平面部11a必须扩展以适用该 更宽的窗口,从而导致模块尺寸增大。 0072 当光学模块10C的操作速度达到或超过10GHz时,信号引线12a的特性阻抗强烈 地影响传递至信号引线12a的信号质量。信号引线12a的特性阻抗不仅取决于信号引线12a 的宽度和厚度,而且取决于在信号引线12a周围的物质。在树脂11A中设置窗口11d时,信 号引线12a中完全覆盖有树脂11A的部分的特性阻抗与位于窗口中且周围没有物质的部分 的特性阻抗明显失配,从而在信号引线12a上传递的信号的质量降低。因此,当部件21与 信号引线12a和接地引线12b接触以促进引线框12E上的热。

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