光纤收发器的光学次模块结构的制作方法

专利名称：光纤收发器的光学次模块结构的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于一种光纤收发器，特别是一种光纤收发器的光学次模块。
技术背景在光电传输中所称的光纤收发器的光学次模块(OSA，OpticalSub-Assembly)，乃是提供功能组件到光纤的发射器光学次模块(TOSA)，如半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，及反向的光纤到光检测器的收发器光学次模块(ROSA)的结构体，使电讯号(Electrical Signal)得以转换成光并聚焦在光纤内再传输，或反向的光转换成电讯号；而其中，收发功能组件又有各种不同包装型态，如平玻璃的TO-Can型态，或斜玻璃的TO-Can型态，或环氧树酯(EPOXY)包装型态，且其中收发功能组件在光学次模块中的组装固定亦有多种方法达成，其中如利用辐射频(RF，Radio Frequency)对胶加热而结合者即为一种常见的方法。
又，光学次模块研发至今，已有多种不同的制造成型技术及结构设计，其中，制造成型技术中利用透明热塑型材料并藉塑料射出成型技术，更因成本较低而己成为制造的主流。而结构上的不同设计，包括有如图1所示，是U.S.Pat.No.5,631,991「PLASTIC OPTICAL SUBASSEMBLIES FOR LIGHT TRANSFER BETWEEN ANOPTICAL FIBER AND AN OPTOELECTRIC CONVERTER AND THE FABRICATION OF SUCHPLASTIC OPTICAL SUBASSEMBLIES」的结构设计，其光学次模块A1是利用一个一体成型的外壳体(housing)A2，而外壳体A2的两端同一体设有不同挡止面(stopface)的插置孔，供分别插设收发功能组件A3及光纤头A4，而内部则容设有一同Z轴(光束方向)的透镜(lens)A5，而所构成的整体材积较大；又如图2所示，是U.S.Pat.No.6,432,733B1「METHOD FOR PRODUCING AN OPTICAL MODULE」的结构设计，其光学次模块B1亦利用一个一体成型的外壳体(housing)B2，而外壳体B2的两端同一体设有不同挡止面(stop face)的插置孔，供分别插设收发功能组件B3及光纤头B4，而内部则容设有一同Z轴(光束方向)的透镜组B5，而其与U.S.Pat.No.5,631,991主要不同者乃在于该模造的透镜组B5是由与球形镜(spherical lens)B7不同个体的两夹件B6中夹置一球形镜(sphericallens)B7而构成，与同单一体式的透镜(lens)A5不同，而整体材积也较大；再如图3所示，是U.S.Pat.No.6,302,596B1「SMALL FORM FACTOR OPTOELECTRICTRANSCEIVERS」的结构设计，其光学决模块C1亦利用一个一体成型的外壳体(housing)C2，而外壳体C2的两端是同一体设有不同挡止面(stop face)的插置孔，供分别插设收发功能组件C3及光纤头C4，而内部则是同一体设有一同Z轴(光束方向)的透镜C5，而其主要特征处是透镜C5与外壳体C2为同一射出成型体，致整体材积可有效缩小。而上述习知各光学次模块的结构设计，于实际制造时会产生下列缺点1、各光学次模块的外壳体，包括外壳体(housing)A2、B2、C2等皆为同一单体结构，即在同一外壳体上两端同时设置供插设光纤头及功能组件用的两插置孔，致使透镜的一透镜面经一凹室(a well or recess)后，须再经光纤头插置孔的长度距离始抵光纤头插置孔的开口端，使该透镜面外侧形成一深盲孔构造，使开设该成型模具的困难度提高，且难以有效控制该透镜面的成型品质，影响到光学次模块的调校品质，而造成量产化制程的困难及成本相对提高。
2、外壳体是一体成型体，由于光纤头插置孔的开口端贯通至透镜面的盲孔过深，无法有效检验该透镜面的成型品质，致增加后续组装作业的困难度，如功能组件组装时的实时调校等，相对提高制造成本。
3、针对光学次模块成品品质的检验，不论是功能组件到光纤(TOSA)或反向的光纤到光检测器(ROSA)的结构体，当将收发功能组件组装在外壳体上时，是实时调校功能组件的X--Y位置，但由于贯通至透镜面的盲孔过深，利用现有的检测仪器实难以由光纤头插置孔的开口端来进行实时调校作业，而无法达到有效而精确的检测，而易造成品管不实及误差率提高。
4、若不由光纤头插置孔的开口端直接向内实时调校功能组件，则另可改为置入光纤头而再藉由光纤端做耦合效率的检测，然如此检测作业的变因增多，如检测用光纤头的成品品质皆有一定公差存在，或功能组件的品质如激光二极管的发射功率即非恒维持不变，在在均造成光学次模块成品检测品质的误差，并可能因而造成潜在性不良品质，则利用该等变因作为标准来检测，反而可能使成品的误差范围加大，造成检测后合格成品在使用者插置以其它光纤头使用时却出现品质不良的情况，使成品品质无法确实掌握，造成不良率相对提高。

发明内容
本实用新型的主要目的是针对上述习知光学次模块在结构设计上的缺点而加以改良，提供一种光纤收发器的光学次模块结构，其是利用塑料射出成型或金属车件技术，将原为同一单体结构的外壳(Housing)分成两个分别成型而可对应组合的构体，包括一供插置光纤头的外壳体及一供插置透镜与功能组件的夹持体，使在组装时，透镜置入夹持体组装后，即可先与功能组件做对准对位，以先组成一己检校过的结合体，后再与外壳体组装结合，且藉外壳体与夹持体的分离式结构设计，使面向光纤头一端的透镜面形成浅孔结构，而可简化功能组件做对准对位的检校程序，藉以有效提升结合体的检验效率及成品良率，而能达成降低成本，提高品质，易于量产化，并易与功能组件封装结合的多重功效。
本实用新型的再一目的是要提供一种光纤收发器的光学次模块结构，利用外壳体及夹持体为两个分别成型而可对应组合的结构设计，使可搭配球面镜或非球面镜的透镜体，而简易组装成一个光纤连接器，供可搭配不同尺寸、不同包装型式的半导体激光、发光二极管或光检测器，而成为一光纤收发器的光学次模块，藉以提供光学次模块在制造组装上较大的弹性及较多种型式的变化。
本实用新型的又一目的是要提供一种光纤收发器的光学次模块结构，其于夹持体上供插置透镜与功能组件的配合孔的内底部上，可设置一圆球弧度的承放槽，使透镜为球面镜时可简易对准对位在该承放槽上，而简易完成透镜与夹持体的组装作业。
本实用新型的上述目的是这样实现的提供一种光纤收发器的光学次模块结构，包括一与光纤连接的外壳体、一夹持体、一透镜体及一功能组件，并藉由功能组件的不同，而具有半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，或反向的光纤到光检测器等不同的光纤收发器功能，其特征在于该外壳体，其一端设有一插置孔供插置光纤头，另一端设有一管径较大的第一配合孔供置入该夹持体而组装成一体，该第一配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，该第二配合孔的管径大于插置孔，并因而形成第二挡止面，而该插置孔、第一配合孔及第二配合孔为不同内径但同Z轴的穿孔结构；该夹持体，其外形与该外壳体的第一配合孔及第二配合孔的形状相配合，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使该第一截套管的端面贴合于该外壳体的第二挡止面上，使可成为光纤头插置于该插置孔内的挡止面，而该第一截套管上设有一中央穿孔；该第二截套管内设有一配合孔供置入该功能组件并对准对位而固定；该透镜体是卡置于该配合孔的内底部上；该透镜体，可为一球面镜或非球面镜，是对准对位而固定于夹持体的配合孔内底部处；该功能组件，是套入该夹持体的配合孔内使用；藉由上述的结构，其组装关系是该透镜置入该夹持体内组装，并与功能组件做对准对位，组成一己检校品质的结合体，该结合体与该外壳体组装，而构成一光学次模块。以及该外壳体可为一塑料射出成型体。
该夹持体可为一塑料射出成型体。
该外壳体可为一金属车件。
该夹持体可为一金属车件。
该功能组件可为平玻璃TO-Can包装的功能元件，包括一TO-Can主体，一平玻璃及一芯片，而该芯片可为激光、或发光二极管、或光检测器。
该平玻璃的表面需做镀膜处理。
该功能组件可为斜玻璃TO-Can包装，包括一TO-Can主体，一斜玻璃及一激光芯片。
该功能组件可为环氧树脂包装，包括环氧树脂包装的主体及芯片，而该芯片可为激光或发光二极管。
该夹持体上供置入透镜体的配合孔的内底部上，可设置一同Z轴且具有圆球弧度的承放槽，使透镜体为球面镜时可简易对准对位在该承放槽上。
该夹持体上供置入透镜体的配合孔的内底部处可设置一垫圈，使一非球面镜可藉外缘边而卡置于该垫圈的内径中。
本实用新型的上述目的也可以这样实现提供一种光纤收发器的光学次模块的壳体结构，包括一外壳体及一夹持体，其特征在于该外壳体，其一端设有一插置孔供插置光纤头，另一端设有一管径较大的第一配合孔供置入该夹持体而组合成一体，而该第一配合孔内设有一第一挡止面，于第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，而该第二配合孔的管径大于该插置孔，并因而形成第二挡止面，而该插置孔、第一配合孔及第二配合孔为不同内径但同Z轴的穿孔结构；该夹持体，是一塑料射出成型体或金属车件，其外形与该外壳体的第一配合孔及第二配合孔的形状相配合，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使第一截套管的端面贴合于该外壳体的第二挡止面上，构成光纤头插置于该插置孔内的挡止面，在第一截套管上设有一中央穿孔；第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并对准对位而固定，该配合孔的内底部上可卡置一透镜体。
本实用新型的优点与积极效果将在以下的“具体实施方式
”一节中结合实施例叙述。


图1习知一种光学次模块的结构剖面示意图。
图2习知另一种光学次模块的结构剖面示意图。
图3习知又一种光学次模块的结构剖面示意图。
图4本实用新型结构中未装功能组件的分解剖面示意图。
图5是图4(加装光纤头及功能组件)的组合剖面示意图。
图6本实用新型非球面镜示意图。
图7本实用新型平玻璃的TO-Can功能组件的结构剖面示意图。
图8本实用新型组装平玻璃TO-Can功能组件后的结构剖面示意图。
图9本实用新型斜玻璃的TO-Can功能组件的结构剖面示意图。
图10本实用新型组装斜玻璃的TO-Can功能组件后的结构剖面示意图。
图11本实用新型EPOXY包装型式功能组件的结构剖面示意图。
图12本实用新型组装EPOXY包装型式功能组件后的结构剖面示意图。件号简单说明(习用部分)A1光学次模块 A2外壳体A3功能组件A4光纤头A5透镜B1光学次模块B2外壳体 B3功能组件B4光纤头 B5透镜组B6夹件B7球形镜C1光学次模块 C2外壳体C3功能组件C4光纤头
C5透镜(本实用新型部分)1光学次模块10外壳体11插置孔 12第一配合孔13第一挡止面 14第二配合孔15第二挡止面 20夹持体21第一截套管 22第二截套管23端面 24穿孔25配合孔 26承放槽27垫圈 28内孔30透镜体 30a、30b球面镜40功能组件 41主体42平玻璃 43芯片44TO-Can主体 45斜玻璃46激光芯片 47主体48芯片 40a、40b、40c、功能组件50光纤头具体实施方式
为使本实用新型更加明确详实，兹配合附图将本实用新型的结构及其技术特征详述如后如图4、5所示，本实用新型的光纤收发器的光学次模块1，包括一与光纤连接的外壳体(Housing)10、一夹持体(Holder)20、一透镜体(Len8)30及一功能组件40，并藉由功能组件40的不同，而具有半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，或反向的光纤到光检测器等不同的光纤收发器(Transceiver)功能，其中，该外壳体10及夹持体20可为塑料射出成型体或金属车件，为两个分别成型但可对应组合的构体。
又外壳体10的一端设有一插置孔11，供插置光纤头50，且插置孔11内未设有光纤头50的挡止面(Stop Face)，外壳体10另一端则设有一管径较大的第一配合孔12供置入夹持体20而组合成一体，而第一配合孔12内设有一第一挡止面13，于第一挡止面13上再设有一管径较小的第二配合孔14，而第二配合孔14的管径大于插置孔11，并因而形成第二挡止面15，而插置孔11、第二配合孔14及第一配合孔12均为同Z轴(光束方向)但不同内径的穿孔结构。
而夹持体20是一与外壳体10的第二配合孔14及第一配合孔12形状相配合的成型体，设有同Z轴的第一截套管21及第二截套管22，组合时，夹持体20可套入第一配合孔12中，并使第一截套管21的端面23贴合于第二配合孔14中的第二挡止面15上，藉以可成为光纤头50插置于插置孔11内的挡止面(Stop Face)，而第一截套管21上设有一中央穿孔24；而第二截套管22内设有一配合孔25供置入功能组件40(如图7)并对准对位而胶合固定。又于夹持体20的配合孔25的内底部上，可设置一同Z轴且具有圆球弧度的承放槽26，使透镜体30为球面镜30a时可简易对准对位在该承放槽26上，而简易完成透镜30a在夹持体20的配合孔25内的组装作业，如图5所示。
又透镜体30是对准对位而固定于夹持体20的配合孔25的内底部处，可视需要而选择球面镜30a或非球面镜30b(如图6所示)，而当透镜体30为球面镜30a时，即可利用配合孔25的内底部上的承放槽26，以将球面镜30a简易对准对位在该承放槽26上；而当透镜体30为非球面镜30b时，即可直接利用该非球面镜30b的外缘边与配合孔25内径的配合，而对准对位并固定在配合孔25的内底部处，或者于配合孔25近内底部处增设一垫圈(spacer)27以缩小配合孔25近内底部处的内径，而形成一内孔28，使该非球面镜30b的外缘边可与该较小内径的内孔28配合，而仍对准对位并固定在配合孔25的近内底部处。而上述的承放槽26或垫圈(spacer)27等是与夹持体20同一体成型，且不影响夹持体20的制造成型，并可提供光学次模块在制造组装上较大的弹性。
而功能组件40是套入夹持体20的配合孔25内使用，其具有不同的组装型态及功能，一般是将一光电芯片(optoelectronic chips)，如激光(发射器)或检测器(接收器)，容置在一适当大小的金属“TO”罐内(或称为TO-Can)，而于TO-Can前端开设一窗口供光射出，藉以完全密封住芯片；而如图7所示，为功能组件40a的TO-Can包装，包括TO-Can主体41，平玻璃42及芯片43，该芯片43可为激光、发光二极管或光检测器，而在平玻璃42的表面需做镀膜处理，依据产品的需求做抗反射镀膜或高反射镀膜；再如图9所示，为功能组件40b的斜玻璃TO-Can包装，包括TO-Can主体44，斜玻璃45及激光芯片46；再如图11所示，为功能组件40c的环氧树脂(EPOXY)包装，此种包装成本将会更有竞争优势，包括环氧树脂包装的主体47及芯片48，该芯片48可为激光或发光二极管。
而本实用新型藉由外壳体10及夹持体20两个分别成型但可对应组合的结构设计，使本实用新型的组装制程不但不同于习用者且具有功效增进，其是将透镜30置入夹持体20的配合孔25内组装后，即可先再与功能组件40做对准对位并胶合固定，如图8、10、12中各功能组件40a、40b、40c置入夹持体20的配合孔25内的组装位置；而由于夹持体20上中央穿孔24为一浅孔结构，可利用检测仪器由中央穿孔24的开口端进行对准对位作业，而不必如习用者须藉由光纤头的插置始能由光纤端进行检测，使功能组件40在配合孔25内的对准对位作业得以简易又精确；而且功能组件40与夹持体20的结合体能预先组装完成，且检测完成的品质精度也不受检测时所采用光纤头个别品质的影响，故可比习用者藉由光纤端进行检测者具有较佳的成品品质。又功能组件40与夹持体20对准对位后(一段为X-Y及Z轴调校)，一般是使用胶将功能组件40与夹持体20相结合并定位(如用RF加热两者间已布设的胶体)而成为一结合体；最后再将该结合体与外壳体10进行结合组装作业，即夹持体20套入外壳体10的配合孔12中，并使夹持体20第一截套管21的端面23贴合于配合孔12中的第二挡止面15上，而使端面23形成光纤头50的挡止面。而本实用新型利用三种不同型式的功能组件40组件，可做成光纤收发器的光学次模块TOSA(Transmitter Optical Sub-Assemble)和ROSA(Receiver Optical Sub-Assemble)，如图8、10、12所示。
本实用新型藉由上述的结构设计及组装制程，使本实用新型至少具有下列优点与积极效果1、由于外壳体10及夹持体20为分别制成的两分离个体，可避免习知单一成型体的塑料射出模具的难度(外壳体10及夹持体20可为塑料射出成型或金属车件)，并可提高其成型精度；2、由于外壳体10及夹持体20是分离式结构，使光纤头50的插置孔11至透镜体30的透镜面间已非如习知者的同一体结构，致可利用检测仪器由浅穿孔24的开口端进行对准对位作业，使功能组件40与夹持体20组装作业时的检验更为简易又精确，而有效提升功能组件40与夹持体20结合体或整体光学次模块成品的良率；3、在夹持体20与外壳体10组合成一整体之前，即令功能组件40与夹持体20先行对准对位并组装固定，且不必如习用者须藉由光纤头的插置始能由光纤端进行检测，使功能组件40在配合孔25内的对准对位作业得以简易又精确，并且检测完成的品质精度亦不受检测时所采用光纤头个别品质的影响，故可比习用者具有较佳的成品品质，而有利于降低成本及量产化，以增加产品竞争力。
综上所述，本实用新型「光纤收发器的光学次模块结构」，的确能藉由上述所揭露的结构达到所预期的功效，且本实用新型申请前未见于刊物亦未公开使用，诚已符合专利的新颖、进步等要件。
上述所公开的图式及说明，仅为本实用新型的实施例而已，非为限定本实用新型的实施例；大凡熟悉该项技艺的人士，其所依本实用新型的特征范畴所作的其它等效变化或修饰，皆应涵盖在本案的申请专利范围内。
权利要求1.一种光纤收发器的光学次模块结构，包括一与光纤连接的外壳体、一夹持体、一透镜体及一功能组件，并藉由功能组件的不同，而具有半导体激光到光纤，或发光二极管到光纤，或反向的光纤到光检测器等不同的光纤收发器功能，其特征在于该外壳体，其一端设有一插置孔供插置光纤头，另一端设有一管径较大的第一配合孔供置入该夹持体而组装成一体，该第一配合孔内设有一第一挡止面，于该第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，该第二配合孔的管径大于插置孔，并因而形成第二挡止面，而该插置孔、第一配合孔及第二配合孔为不同内径但同Z轴的穿孔结构；该夹持体，其外形与该外壳体的第一配合孔及第二配合孔的形状相配合，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使该第一截套管的端面贴合于该外壳体的第二挡止面上，使可成为光纤头插置于该插置孔内的挡止面，而该第一截套管上设有一中央穿孔；该第二截套管内设有一配合孔供置入该功能组件并对准对位而固定；该透镜体是卡置于该配合孔的内底部上；该透镜体，可为一球面镜或非球面镜，是对准对位而固定于夹持体的配合孔内底部处；该功能组件，是套入该夹持体的配合孔内使用；藉由上述的结构，其组装关系是该透镜是置入该夹持体内组装，并与功能组件对准对位，组成一已检校品质的结合体，该结合体与该外壳体组装，而构成一光学次模块。
2.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该外壳体可为一塑料射出成型体。
3.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该夹持体可为一塑料射出成型体。
4.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该外壳体可为一金属车件。
5.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该夹持体可为一金属车件。
6.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该功能组件可为平玻璃TO-Can包装的功能元件，包括一TO-Can主体，一平玻璃及一芯片，而该芯片可为激光、或发光二极管、或光检测器。
7.如权利要求6所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该平玻璃的表面需做镀膜处理。
8.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该功能组件可为斜玻璃TO-Can包装，包括一TO-Can主体，一斜玻璃及一激光芯片。
9.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该功能组件可为环氧树脂包装，包括环氧树脂包装的主体及芯片，而该芯片可为激光或发光二极管。
10.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该夹持体上供置入透镜体的配合孔的内底部上，可设置一同Z轴且具有圆球弧度的承放槽。
11.如权利要求1所述光纤收发器的光学次模块结构，其特征在于，该夹持体上供置入透镜体的配合孔的内底部处可设置一垫圈，使一非球面镜可藉外缘边而卡置于该垫圈的内径中。
12.一种光纤收发器的光学次模块的壳体结构，包括一外壳体及一夹持体，其特征在于该外壳体，其一端设有一插置孔供插置光纤头，另一端设有一管径较大的第一配合孔供置入该夹持体而组合成一体，而该第一配合孔内设有一第一挡止面，于第一挡止面上再设有一管径较小的第二配合孔，而该第二配合孔的管径大于该插置孔，并因而形成第二挡止面，而该插置孔、第一配合孔及第二配合孔为不同内径但同Z轴的穿孔结构；该夹持体，是一塑料射出成型体或金属车件，其外形与该外壳体的第一配合孔及第二配合孔的形状相配合，设有同Z轴的第一截套管及第二截套管，并使第一截套管的端面贴合于该外壳体的第二挡止面上，构成光纤头插置于该插置孔内的挡止面，在第一截套管上设有一中央穿孔；第二截套管内设有一配合孔供置入功能组件并对准对位而固定，该配合孔的内底部上可卡置一透镜体。
专利摘要一种光纤收发器(Transceiver)的光学次模块(OSA，Optical Sub－Assembly)结构，是由一外壳体(Housing)、一夹持体(Holder)、一透镜(Lens)及一功能组件构成，其特征在于利用塑料射出成型或金属车件，使供插置光纤头的外壳体与供插置透镜及功能组件的夹持体形成两个分别成型并可对应组合的构体，使组装时，透镜置入夹持体组装后，可先与功能组件做对准对位，以先组成一已检校品质的结合体，后再与外壳体组装结合，并且藉外壳体与夹持体的分离式结构设计，使面向光纤头的透镜面可形成浅孔结构，而可简化功能组件的检校程序，藉以有效提升结合体的检验效率及成品良率，而能达成降低成本，提高品质，易于量产化，并易与功能组件封装结合等多重功效。
文档编号G02B6/42GK2607584SQ03236089
公开日2004年3月24日 申请日期2003年1月20日 优先权日2003年1月20日
发明者邓兆展, 朱翊麟, 陈国仁 申请人:一品光学工业股份有限公司