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TWI509303B - 光電收發器模組系統及操作ㄧ光電模組系統之方法 - Google Patents

光電收發器模組系統及操作ㄧ光電模組系統之方法 Download PDF

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Publication number
TWI509303B
TWI509303B TW100109431A TW100109431A TWI509303B TW I509303 B TWI509303 B TW I509303B TW 100109431 A TW100109431 A TW 100109431A TW 100109431 A TW100109431 A TW 100109431A TW I509303 B TWI509303 B TW I509303B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optoelectronic
module
optical
module substrate
optical engine
Prior art date
Application number
TW100109431A
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English (en)
Other versions
TW201144883A (en
Inventor
Tak Kui Wang
Chung-Yi Su
Original Assignee
Avago Technologies General Ip
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avago Technologies General Ip filed Critical Avago Technologies General Ip
Publication of TW201144883A publication Critical patent/TW201144883A/zh
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Description

光電收發器模組系統及操作一光電模組系統之方法
在一光學通信系統中，其通常需要將一光纖耦合至一光電傳輸器、接收器或收發器裝置且繼而將該裝置耦合至一電子系統，諸如，一切換系統或處理系統。可藉由模組化該收發器裝置促進此等連接。一光電收發器模組包含一光電光源(諸如，一雷射)，及一光電光接收器(諸如，一光電二極體)，且亦可包含與該雷射及光電二極體相關之各種電路。例如，可包含驅動器電路用於回應於自電子系統所接收之電子信號而驅動該雷射。可包含接收器電路用於處理由該光電二極體所產生之信號並且提供輸出信號至該電子系統。
該光電及電子電路之諸部分可使用習知微電子程序(諸如，在一晶圓上製造多個裝置且接著將該晶圓分割或切割成個別裝置)而製造。期望將處理效益(亦即，由該程序所產生之可用裝置與不可用裝置之比率)最大化。
已知各種光電收發器模組組態。例如，一光電收發器模組可安裝於一電路板之一邊緣上的電子系統中鄰近該電子系統之一前板中的一開口，使得可經由該前板將一光學電纜插入至該光電收發器模組中。此等光電收發器模組通常被稱為邊緣安裝。另一光電收發器模組組態被認為中板安裝，因為該收發器模組係安裝於一電路板(板)之表面上而非安裝於該電路板之邊緣上。已知又一光電收發器模組組態。
期望將提供具有一組態或促進製造經濟及效益之結構之光電收發器模組。
本發明之實施例係關於一種具有一光電模組之光電模組系統，其中一光學引擎模組係安裝於一光電模組基板上。該光電模組基板具有一上表面、一下表面及延伸於該上表面與下表面之間的一孔隙。該光學引擎模組包含具有一上表面及一下表面之一光學引擎模組基板、安裝於該上表面上的一光電光源，及安裝於該上表面上的一光電光接收器。該光學引擎模組基板係由對於由該光電光源所產生且由該光電光接收器所感測之光之頻率為透明之一材料製成。該光學引擎模組係以使該光學引擎模組基板之下表面與該光電模組基板之上表面接觸之一定向而被安裝於該光電模組基板之孔隙上，且其中該光電光源與該光電模組基板之孔隙之間的一第一光學路徑通過該光學引擎模組基板之材料及該光電光接收器與該光電模組基板之孔隙之間的一第二光學路徑通過該光學引擎模組基板之材料。
在檢查下列圖式及詳細描述後，其他系統、方法、特性及優點對熟習此項技術者將係或變為顯而易見。其意欲所有此等額外系統、方法、特性及優點被包含於此描述中，被包含於該說明書之範疇內，且藉由隨附申請專利範圍所保護。
參考下列圖式可更好地理解本發明。該等圖式中的組件不一定按比例繪製，重點放置於簡潔繪示本發明之原則。
如圖1所繪示，在本發明之一闡釋性或例示性實施例中，一光電收發器模組系統10包含安裝於一電路板基板14上的一光電模組12。雖然在該例示性實施例中，該電路板基板14包括一電路板16及一下基板18，但在其他實施例中，一電路板基板可包括任何合適結構，其包括一或多個大致成平面元件，諸如，印刷電路板。
如圖1進一步所繪示，一光學連接器20包含具有插入電路板16之邊緣中的一槽24中的一遠端22之一主體21。一發射光纖26及一接收光纖28自光學連接器20之主體之一近端延伸。雖然在該例示性實施例中，槽24延伸入電路板16之邊緣中且係以光電模組12之頂部及以下基板18之底部為界限，但在其他實施例中，一槽可以任何其他合適方式(諸如，藉由形成該電路板基板之邊緣之一孔)包含於一電路板基板中。此外，雖然在該例示性實施例中，光學連接器20之遠端22具有一矩形輪廓，且槽24具有一對應矩形輪廓用於接收遠端22，但在其他實施例中，此等元件可具有容許光學連接器20與光電收發器模組系統10之其餘部分緊密配合之任何其他合適形狀。
雖然出於簡潔之故圖中未繪示，但可包含一機構用於固持、對準、固定(等)槽24中的光學連接器20之遠端22。該機構在遠端22中可包含(例如)在槽24之相配孔(圖中未繪示)中接收之一或多個對準接針(圖中未繪示)。或者，或此外，此等接針可用於傳輸電力或接地信號。
亦可包含一路由器積體電路30或可用於將電信號轉換為光學信號且將光學信號轉換為電信號之一系統之任何其他電子電路。雖然出於簡潔之故圖中未繪示，但是電路板16上或電路板16中的電路跡線或類似導電路徑電連接路由器積體電路30及光電模組12。同樣地，電路板16上的連接自其他電路提供電信號輸入及輸出至其他電路。應注意，圖1或任何其他圖式在本文中未以比例繪製，然其預期光電模組12及電路板16之組合厚度可約為幾毫米。可使用習知的微電子處理方法製造光電模組12。
如圖2所繪示，光學連接器20之主體21可由對於經由光纖26及28所通信之光為透明之一材料所製成，諸如，一可模製光學熱塑性塑膠。可能合適之一材料之一實例係來自SABIC(先前一般電分塑)之ULTEM聚醚醯亞胺。一鏡子32可連同光纖26及28經模製入主體21中。鏡子32以下列方式經設置以與光纖26及28對準。當遠端22係在槽24中時，由光電模組12發射之光沿著垂直於在槽24中接收遠端22之方向(由圖1中的箭頭所指示)之一第一軸34撞擊在鏡子32上且係以與發射光纖26之端成90度角反射。同樣地，當遠端22係在槽24中時，由接收光纖28之端發射之光撞擊在鏡子32上且係以與光電模組12成90度角沿著平行於第一軸34之一第二軸36反射。可包含一聚焦透鏡38用於將光聚焦於發射光纖26之端上，且可包含一準直透鏡40用於準直自接收光纖28之端所發射之光。
如圖3及圖4所繪示，在該例示性實施例中，光電模組12包含一光學引擎模組42及安裝於一光電模組基板46上的一緩衝器積體電路44。額外參考圖5，光學引擎模組42包含一光電光源48(諸如，一垂直腔式面射型雷射(VCSEL))及一光電光接收器50(諸如，一光電二極體)，兩者皆安裝於一光學引擎模組基板52上。光學引擎模組基板52可由對於由光電光源48所發射之光且藉由光電光接收器50所偵測之光為透明之一合適材料所製成，諸如，玻璃。如圖4所繪示，光電模組基板46具有一孔隙54。光學引擎模組42係以一定向安裝於光電模組基板46上，其中光電光源48及光電光接收器50係設置於孔隙54上。當光學連接器20係插入至槽24中時(圖1至圖2)，光電光源48沿著與第一軸34同軸(圖2)之一軸發射光至孔隙54中。同樣地，當光學連接器20係插入至槽24中時，光電光接收器50沿著與第二軸36同軸(圖2)之一軸接收來自孔隙54之光。此外，光電模組12係以一定向安裝於電路板16上，其中孔隙54係設置於槽24上。因此，光電光源48及光電光接收器50係設置於槽24上。
如圖6所繪示，黏著劑圓緣56(諸如，環氧樹脂)可施加至光學引擎模組基板52之底表面，或者或此外，施加至光電模組基板46之頂表面，以將此等表面黏著且密封在一起，藉此保護孔隙54防止污染。同樣地，雖然出於簡潔之故圖中未繪示，但黏著劑圓緣或其他填充材料可圍繞光電模組基板46與電路板16(圖1)之間的接合處而施加以進一步保護孔隙54防止污染。
一聚焦透鏡60可形成於光學引擎模組基板52之底表面上以聚焦由光電源48所發射之光。同樣地，一準直透鏡58可形成於光學引擎模組基板52之底表面上以準直由光電接收器50所接收之光。
再參考圖4，光電模組基板46之底表面可包含一陣列電接觸件62，諸如，一球狀柵格陣列(BGA)。再參考圖3，一第一組焊線接合件64將緩衝器積體電路44電連接至光電模組基板46中的導電路徑(出於簡潔之故圖中未繪示)，且繼而電連接至該陣列之電接觸件62。一第二組焊線接合件66將光學引擎模組42電連接至緩衝器積體電路44。
光電模組12可包含囊封光學引擎模組42、緩衝器積體電路44及焊線接合件組64及66之一合適材料之一外模製件68，諸如，環氧樹脂。如所示，該材料為光學透明的。形成於光學引擎模組基板52之底表面圍繞孔隙54接觸光電模組基板46之頂表面上之密封防止該外模製件材料滲入孔隙54中且潛在地污染孔隙54。如上文所描述，黏著劑56幫助促進一良好密封。
預期許多(約幾百或幾千)的光學引擎模組42可一起形成於一光電模組基板片(圖中未繪示)上且接著使用被熟習此項技術者所充分理解之微電子處理方法分割成該所繪示之光學引擎模組42之多個實例。由於已充分理解此等方法，故在本文中不詳細描述。
如圖7至圖8所繪示，在本發明之另一實施例中，一光電模組12'包含上文所描述之光學引擎模組42及安裝於一光電模組基板46'上之緩衝器積體電路44。在此實施例中，光電模組基板46'及光學引擎模組42及緩衝器積體電路44安裝於其上之方式通常符合在此項技術中通常稱為四面扁平無引線封裝或QFN之一封裝技術之特徵。根據QFN特性，光電模組基板46'包括提供導熱性以及導電性之一金屬(例如，銅)引線框，以及分佈於光電模組基板46'之周邊之一陣列電接觸墊62'。該第一組焊線接合件64'將緩衝器積體電路44電性耦合至墊62'之頂部。可焊接墊62'(圖8)之底部或以其他方式電連接至類似於關於圖1至圖6上文所描述之實施例中的電路板16之一電路板(圖中未繪示)。圖7至圖8中所繪示之實施例之其他態樣及特性係類似於關於圖1至圖6上文所描述之實施例之態樣及特性且因此不詳細描述。光電模組12'亦包含囊封光學引擎模組42、緩衝器積體電路44及焊線接合件組64'及66'之一外模製件68'。
如圖9所繪示，上文所描述之光電模組12之兩者可與彼此直接通信雙向光學信號70，亦即，在沒有一光纖或類似媒體之情況下。該兩個光電模組12可安裝於一結構(諸如，包括兩個平行電路板72及74之一結構)之諸部分之相對側上，或以任何其他合適方式安裝。在該所繪示之實施例中，一第一光電模組12係安裝於電路板72之一表面76上，及一第二光電模組12係安裝於電路板74之一相對表面78上。電路板72及74分別具有開口或孔隙80及82，其等與彼此對準。該等第一及第二光電模組12係安裝於各自電路板72及74之孔隙80及82上。在操作中，該第一光電模組12之光電光源48可透過孔隙80及82發射撞擊在該第二光電模組12之光電光接收器50上之一光學信號。相反地，該第二光電模組12之光電光源48可透過孔隙82及80發射撞擊在該第一光電模組12之光電光接收器50上之一光學信號。
電路板72及74可為具有兩個使用者可分離部分之一系統之一部分。例如，如圖10所繪示，電路板72可為一膝上型電腦84之一部分，及電路板74可為該膝上型電腦被連接至其之一對接站86之一部分。當膝上型電腦84係固定於(亦即，停靠於)對接站86中時，該等第一及第二光電模組12係與彼此對準，藉此容許高速雙向通信膝上型電腦84與對接站86之間的光學信號70。
上文已描述本發明之一或多個闡釋性實施例。然而，應理解，本發明藉由隨附申請專利範圍所界定且不限於所描述之特定實施例。
10．．．光電收發器模組系統
12．．．光電模組
12'．．．光電模組
14．．．電路板基板
16．．．電路板
18．．．下基板
20．．．光學連接器
21．．．主體
22．．．遠端
24．．．槽
26．．．光纖
28．．．光纖
30．．．路由器積體電路
32．．．鏡子
34．．．第一軸
36‧‧‧第二軸
38‧‧‧聚焦透鏡
40‧‧‧準直透鏡
42‧‧‧光學引擎模組
44‧‧‧緩衝器積體電路
46‧‧‧光電模組基板
46'‧‧‧光電模組基板
48‧‧‧光電光源
48'‧‧‧光電光源
50‧‧‧光電光接收器
52‧‧‧光學引擎模組基板
54‧‧‧孔隙
56‧‧‧黏著劑
58‧‧‧準直透鏡
60‧‧‧聚焦透鏡
62‧‧‧電接觸件
62'‧‧‧電接觸件墊
64‧‧‧焊線接合件
64'‧‧‧焊線接合件
66‧‧‧焊線接合件
66'‧‧‧焊線接合件
68‧‧‧外模製件
68'‧‧‧外模製件
70‧‧‧光學信號
72．．．電路板
74．．．電路板
76．．．電路板表面
78．．．電路板表面
80．．．開口/孔隙
82．．．開口/孔隙
84．．．膝上型電腦
86．．．對接站
圖1係根據本發明之一例示性實施例之一光電收發器模組系統之一透視圖。
圖2係圖1之一部分之一放大圖，其顯示該光學連接器。
圖3係圖1中所示之該光電收發器模組系統之該光電模組之頂部之一透視圖。
圖4係圖1中所示之該光電收發器模組系統之該光電模組之底部之一透視圖。
圖5係圖3中所示之該光電模組之該光學引擎模組之一俯視平面圖。
圖6係圖3中所示之該光電模組之該光學引擎模組之一仰視平面圖。
圖7係根據本發明之另一實施例之一光電模組之頂部之一透視圖。
圖8係圖7中所示之該光電模組之底部之一透視圖。
圖9係一側視圖，其顯示與彼此通信之兩個光電模組。
圖10係包括一膝上型電腦及對接站之一系統之一側視圖，各者部分切除以顯示一包含之光電模組。
10．．．光電收發器模組系統
12．．．光電模組
14．．．電路板基板
16．．．電路板
18．．．下基板
20．．．光學連接器
21．．．主體
22．．．遠端
24．．．槽
26．．．光纖
28．．．光纖
30．．．路由器積體電路

Claims (17)

  1. 一種光電模組系統，其包括：一光電模組，其包括：一光電模組基板，其具有一上表面、一下表面及延伸於該光電模組基板之該上表面與下表面之間的一孔隙；一光學引擎模組，該光學引擎模組包括一光學引擎模組基板，其具有一上表面及一下表面、安裝於該光學引擎模組基板之該上表面上的一光電光源及安裝於該光學引擎模組基板之該上表面上的一光電光接收器，該光學引擎模組基板由對於由該光電光源所產生之光之頻率為透明且對於由該光電光接收器所感測之光之頻率為透明之一材料所製成，該光學引擎模組以使該光學引擎模組基板之該下表面與該光電模組基板之該上表面接觸之一定向被安裝於該光電模組基板之該孔隙上，且其中該光電光源與該光電模組基板之該孔隙之間的一第一光學路徑通過該光學引擎模組基板之材料且該光電光接收器與該光電模組基板之該孔隙之間的一第二光學路徑通過該光學引擎模組基板之材料；一緩衝器積體電路，其安裝於該光學引擎模組基板上；一第一複數個焊線接合件，其將該緩衝器積體電路電連接至該光電模組基板上的導體上；及 一第二複數個焊線接合件，其將該緩衝器積體電路電連接至該光學引擎模組；其中包含該光學引擎模組基板、該光電光源及光電光接收器之該光學引擎模組與該光電模組基板結合成一光電收發器模組，以發射並接收光學信號。
  2. 如請求項1之光電模組系統，其中：該光電模組進一步包括延伸於該光電模組基板上且囊封該光學引擎模組、該緩衝器積體電路、該第一複數個焊線接合件，及該第二複數個焊線接合件之一介電質外模製件；及該光學引擎模組係藉由一黏著劑圓緣環繞該光電模組基板之該孔隙且密封該光學引擎模組與該光電模組基板之間的該孔隙而安裝於該光電模組基板上。
  3. 如請求項1之光電模組系統，其中該光電模組基板包括一引線框。
  4. 如請求項1之光電模組系統，其中該光電模組進一步包括在該光電模組基板之該下表面上的一電接觸件陣列。
  5. 如請求項4之光電模組系統，其中該電接觸件陣列係一球狀柵格陣列(BGA)。
  6. 如請求項1之光電模組系統，其中該光學引擎模組進一步包括：一第一透鏡，其與該光電光源對準；及一第二透鏡，其與該光電光接收器對準。
  7. 如請求項1之光電模組系統，其進一步包括具有一表面及一邊緣之一電路板，該邊緣具有自該電路板內延伸至該電路板之表面之一槽，其中在該光電模組基板之該孔隙設置於該電路板之邊緣中的槽上之情況下，該光電模組係以一定向安裝於該電路板上。
  8. 如請求項7之光電模組系統，其進一步包括與該槽緊密配合之一光學連接器，該光學連接器具有與一光纖埠對準之一連接器第一光學軸、垂直於該連接器第一光學軸之一連接器第二光學軸，及以與該連接器第一光學軸及該連接器第二光學軸成一45度角而定向之一鏡子，其中當該光學連接器與該槽緊密配合時，該連接器第二光學軸係與該光電光源及該光電光接收器之一者對準。
  9. 一種操作一光電模組系統之方法，該光電模組系統包括一光電模組，該光電模組包括一光電模組基板及一光學引擎模組，該光電模組基板具有一上表面、一下表面及延伸於該光電模組基板之該上表面與下表面之間的一孔隙，該光學引擎模組包括具有一上表面及一下表面之一光學引擎模組基板、安裝於該光學引擎模組基板之該上表面上之一光電光源及安裝於該光學引擎模組基板之該上表面上之一光電光接收器，該光學引擎模組基板由對於由該光電光源所產生之光之頻率為透明且對於由該光電光接收器所感測之光之頻率為透明之一材料所製成，該光學引擎模組以使該光學引擎模組基板之該下表面與該光電模組基板之該上表面接觸之一定向被安裝於該光 電模組基板之該孔隙上，其中包含該光學引擎模組基板、該光電光源及光電光接收器之該光學引擎模組與該光電模組基板結合成一光電收發器模組，以發射並接收光學信號，其中該光電模組進一步包括：一緩衝器積體電路，其安裝於該光學引擎模組基板上；一第一複數個焊線接合件，其將該緩衝器積體電路電連接至該光電模組基板上的導體上；及一第二複數個焊線接合件，其將該緩衝器積體電路電連接至該光學引擎模組；該方法包括：該光電光源發射光透過該光學引擎模組基板且進入該孔隙中；及該光電光接收器接收來自該孔隙通過該光學引擎模組之材料之光。
  10. 如請求項9之方法，其中：該光電模組進一步包括延伸於該光電模組基板上且囊封該光學引擎模組、該緩衝器積體電路、該第一複數個焊線接合件，及該第二複數個焊線接合件之一介電質外模製件；及該光學引擎模組係藉由一黏著劑圓緣環繞該光電模組基板之該孔隙且密封該光學引擎模組與該光電模組基板之間的該孔隙而安裝於該光電模組基板上。
  11. 如請求項9之方法，其中該光電模組基板包括一引線框。
  12. 如請求項9之方法，其中該光電模組進一步包括在該光電模組基板之該下表面上的一電接觸件陣列。
  13. 如請求項12之方法，其中該電接觸件陣列係一球狀柵格陣列(BGA)。
  14. 如請求項9之方法，其中該光學引擎模組進一步包括：一第一透鏡，其與該光電光源對準；及一第二透鏡，其與該光電光接收器對準。
  15. 如請求項9之方法，其中該光電模組系統進一步包括具有一表面及一邊緣之一電路板，該邊緣具有自該電路板內延伸至該電路板之表面之一槽，其中該方法進一步包括，及在該光電模組基板之該孔隙設置於該電路板之邊緣之槽中之情況下，該光電模組係以一定向安裝於該電路板上，及其中該方法進一步包括在該槽中接收一光學連接器，該光學連接器具有與一光纖埠對準之一連接器第一光學軸、垂直於該連接器第一光學軸之一連接器第二光學軸，及以與該連接器第一光學軸及該連接器第二光學軸成45度角而定向之一鏡子，其中當在該槽中接收該光學連接器時，該連接器第二光學軸係與該光電光源及光電光接收器之一者對準。
  16. 如請求項9之方法，其中該光電模組系統包括安裝於一結構之一第一側上的一第一光電模組及安裝於一結構之一第二側上的一第二光電模組，該結構具有自該第一側 延伸至該第二側之一結構開口，該方法進一步包括：該第一光電模組發射一第一光學信號至該結構開口中；及該第二光電模組透過該結構開口接收該第一光學信號。
  17. 如請求項16之方法，其中該結構包括具有一第一開口之一第一電路板及具有一第二開口之一第二電路板，該第一電路板平行於該第二電路板而安裝，該第一開口與該第二開口對準，該第一光電模組安裝於該第一電路板上高於該第一開口，及該第二光電模組安裝於該第二電路板上高於該第二開口，該方法包括：該第一光電模組發射一第一光學信號至該第一開口中；及該第二光電模組透過該第二開口接收該第一光學信號。
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