CN101102153B - 光电转换模块、其装配方法、高速传输连接器及安装系统 - Google Patents

Abstract

公开一种装配光电转换模块的方法。该光电转换模块包括电路板。在该电路板上安装：光发射元件、光接收元件以及与该光发射元件和该光接收元件光学连接的光学元件。根据在该电路板上事先形成的标记把该光发射元件定位在该电路板上。根据该光发射元件的光发射点的位置定位该光接收元件和该光学元件。

Description

光电转换模块、其装配方法、高速传输连接器及安装系统

技术领域

本发明一般地涉及光电转换模块、其装配方法、高速传输连接器以及安装系统，并且更具体地涉及用来连接电信线和光通信线的光电转换模块、其装配方法、高速传输连接器以及安装系统。

背景技术

用作为全球标准接口的用于诸如10GFC和10GBSE-CX4的标准的常规传输线具有传输距离短(大约20米)的限制。

由此，已经提出通过利用这些接口组合高速传输线和光传输线增加传输距离的方法。

但是，安装在收发器中的用于光通信的常规光电转换单元大且贵。需要把这样的光电转换单元变成模块并且减小尺寸。

发明内容

本发明提供其中消除上述缺点中的一个或多个的光电转换模块、其装配方法、高速传输连接器以及安装系统。

本发明的一优选实施例提供一种可以制成为紧凑的光电转换模块、其装配方法、一种其中安装着该光电转换模块的高速传输连接器、以及一种安装系统。

本发明的一实施例提供一种装配光电转换模块的方法，该光电转换模块包括电路板，在该电路板上安装光发射元件、光接收元件以及与该光发射元件及该光接收元件光学连接的光学元件。该方法包括步骤：(i)根据事先在该电路板上形成的定位标记把该光发射元件定位在该电路板上；(ii)根据步骤(i)定位的光发射元件的光发射点的位置定位该光接收元件；以及(iii)根据步骤(i)定位的光发射元件的光发射点的位置定位该光学元件。

本发明的一实施例提供一种装配光电转换模块的方法，该光电转换模块包括电路板，该电路板上安装光发射元件、驱动该光发射元件的驱动器IC、光接收元件、从该光接收元件接收信号的接收器IC以及与该光发射元件和该光接收元件光连接的光学元件。该方法包括步骤：(i)在该电路板上安装裸芯片，其中这些裸芯片是该光发射元件、该驱动器IC、该光接收元件和该接收器IC，(ii)用该光学元件覆盖这些裸芯片；以及(iii)利用树脂密封该光学元件的周边，从而该光学元件和该树脂密封这些裸芯片。

本发明的一实施例提供一种在电路板上安装光发射元件、光接收元件以及与该光发射元件和该光接收元件光学连接的光学元件的安装系统。该安装系统包括：配置成拾取其上安装着该电路板的工作台的图像的成像部件；配置成在该电路板上安装该光发射元件、该光接收元件以及该光学元件的安装部件；以及控制部件，其配置成：根据该成像部件拾取的图像识别事先在该电路板上形成的定位标记，并使该安装部件根据识别的定位标记把该光发射元件定位到该电路板上，根据该成像部件拾取的图像识别该安装部件定位的该光发射元件的光发射点的位置，并使该安装部件根据对该光发射点的识别位置把该光接收单元定位到该电路板上，以及使该安装部件根据对该光发射点的识别位置把该光学元件定位到该电路板上。

本发明的一实施例提供一种光电转换模块。其包括：与电信线连接的电连接器；安装着转换单元的电路板，该转换单元配置成把从该电信线对该电连接器提供的电信号转换成要提供到光通信线上的光信号，并把从该光通信线提供的光信号转换成要通过该电连接器提供到该电信线上的电信号；以及，配置成把该转换单元和该光通信线连接的波导；其中该电路板是单板，并且该电连接器和该波导安装在该电路板上。

本发明的一实施例提供一种光电转换模块，其包括：电路板，光发射元件，驱动该光发射元件的驱动器IC，光接收元件，从该光接收元件接收信号的接收器IC，以及与该光发射元件和该光接收元件光学连接的波导部件，其中该光发射元件、该驱动器IC、该光接收元件和该接收器IC是裸芯片，并且作为裸芯片安装在该电路板上，该波导部件覆盖这些裸芯片，并且树脂密封该波导部件的周边，从而通过该波导元件、该电路板和树脂密封这些裸芯片。

依据本发明的一实施例，提供可以制成为紧凑的光电转换模块、其装配方法、其中安装着该光电转换模块的高速传输器和安装系统。

附图说明

从下面的连同附图一起阅读的详细说明，本发明的其它目的、特征和优点会变得更清楚，附图中：

图1是本发明的一实施例的透视图；

图2A-2D是本发明的一实施例的示意图；

图3是本发明的一实施例的分解图；

图4是本发明的一实施例的方块图；

图5是电路板的示意图；

图6是该电路板的相关部分的示意图；

图7是波导阵列的透视图；

图8A-8E是波导阵列的示意图；

图9是安装系统的方块图；以及

图10是控制部件实现的过程的流程图。

具体实施方式

现参照各附图说明本发明的一实施例。

[配置概要]

图1是本发明的一实施例的透视图，图2A-2D是本发明的一实施例的示意图，图3是本发明的一实施例的分解图，而图4是本发明的一实施例的方块图。

依据本发明一实施例的高速传输连接器100包括容纳在外壳117内的电连接器111、电路板112、波导阵列113以及光插座连接器114。外壳117包括壳体115和盖116。从而外壳117是密封其中的内置电路的密封容器。

[电连接器111]

电连接器111例如是一个插座连接器，其用于实现高速平衡传输。电连接器111被焊接并且在一个边被表面安装到电路板112的一侧上。连附在高速平衡传输电缆上的插头连接器被插入到电连接器111中。电连接器111把从高速平衡传输电缆接收到的电信号提供给电路板112，并且也把从电路板112接收的电信号提供给高速平衡传输电缆。

[电路板112]

图5是电路板112的示意图。

电路板112例如是通过一块多层印制接线板配置的。在电路板112的一面上，表面安装有电连接器111、驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123、接收器IC124和波导阵列113。在电路板112的另一面上，表面安装有配置成微计算机125的各种IC和芯片元件以及电源电路126。

电连接器111沿箭头X1表示的方向焊接到在电路板112的一个边处形成的焊接区P上。焊接区P通过平衡传输图案L与驱动器IC121、接收器IC124、微计算机125以及电源电路126连接。

在电路板112的中间层中调整平衡传输图案L的路径。例如，把这些路径调节成使焊接区P和驱动器IC121之间的布线距离大致等于接线区P和接收器IC124之间的布线距离。相应地，可以使多条用于传输的平衡传输线和多余的用于接收的平衡传输线之间的传输特性是均匀的。从而，不需要做出其它调整以便使电路板112上各平衡传输线之间的传输特性是均匀的。结果，可以减少构件的数量，从而可以把电路板112做成是紧凑的。

图6是电路板112的相关部分的示意图。

驱动器IC121和接收器IC124是按裸芯片配置的，并且和电路板112上形成的图案131直接导线连接。

驱动器IC121和光发射元件122连接，并且根据从电连接器111接收的信号驱动光发射元件122。光发射元件122是以垂直腔表面发射激光器(VCSEL)二极管配置的，该二极管包括多个线性排列的光发射点132。该光发射元件122排列成使这些光发射点132位于电路板112的预定轴I上。

光接收元件123例如是含有多个线性排列的光接收点133的PD。这些光接收点133把从波导阵列113接收的光转换成电信号，并把这些光信号提供给接收器IC124。该光接收元件123排列成使这些光接收点133位于电路板112的预定轴I上。

在本实施例中，光发射元件122的各光发射点132以及光接收元件123的各光接收点133对齐在轴I上的一行中。但是，光发射元件122的发射点132以及光接收元件123的光接收点133不必对齐在一行中；它们可以排列在二行或更多的行或者矩阵中。

接收器IC124放大从光接收元件123接收的电信号，并且通过平衡传输图案L把放大的电信号提供到光连接器111。

驱动器IC121和光发射元件122相邻，并且相对于预定轴I位于箭头X1指示的方向上。接收器IC124和光接收元件123相邻，并且相对于预定轴I沿箭头X2指示的方向位于和驱动器IC121相对的一侧上。

在本实施例中，驱动器IC121排列成相对于接收器IC124跨过光发射元件122和光接收元件123，以便减小布局面积和安装面积并且抑制其间的噪声。但是，驱动器IC121和接收器IC124也可以彼此相邻地排列在同一侧上，从而使驱动器IC121和接收器IC124的传输距离相等。从而，可以方便地匹配阻抗，这对高速平衡传输线是有好处的。

在驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123以及接收器IC124附近，电路板112具有多个定位标记M1、M2，用于确定驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123、接收器IC124和波导阵列113的位置。

通过成像器识别标记M1、M2和光发射元件122，光发射元件122通过利用标记M1、M2作为参照物被定位并被固定到电路板112上。通过成像器识别光发射元件122的光发射点132，并且通过利用光发射元件122的光发射点132作为参照物来定位光接收元件123和波导阵列113。

从而，光发射元件122的多个光发射点132以及光接收元件123的多个光接收点133排列成面对着波导阵列113中各波导的边缘表面。

驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123以及接收器IC124排列在波导阵列113的下面，并且用密封树脂密封波导阵列113的周边。这样，从外部屏蔽驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123和接收器IC124，由此甚至可使裸芯片免受外部影响。

在电路板112的背面与驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123以及接收器IC124对应的位置处设置电源电路126。从而，电源电路126靠近驱动器IC121、接收器IC124和微计算机125。

微计算机125控制驱动器IC121和接收器IC124，并且调整通信状态和激光器输出以便稳定通信。

[波导阵列113]

图7是波导阵列113的透视图，而图8A-8E是波导阵列113的示意图。

波导阵列113是用模制透明树脂做成的，并且是按波导本体141和凸缘部分142配置的。

波导本体141大致为凹形，其中基侧，即箭头Z1指示的方向的一侧，为开口，而顶侧，即箭头Z2指示的方向的一侧，为曲面。波导本体141的顶部曲面包括含有多个用于传输的波导的波导单元151，以及含有多个用于接收的波导的波导单元152。该曲面大致为圆柱表面，并且其曲度规定成不让光从波导单元151、152漏到外面。

波导单元151、152各包括多个波导。波导单元151、152的每个波导排列成一端沿正交于电路板112的方向，即箭头Z1指示的方向延伸，并且另一端沿平行于电路板112的方向，即箭头X2指示的方向延伸。波导单元151、152各波导的剖面形状为各边约为50μm的方形。

在波导本体141的基侧的边缘上设置三个凸出部分153，每个凸出部分153为半球形。当在电路板112上安装波导阵列113时，这三个凸出部分153靠在电路板112上。由于这三个凸出部分153靠在电路板112上，所以波导阵列113和电路板112之间的接触面积为最小。由此，波导阵列113可以在电路板112上滑动。这便利确定波导阵列113的位置的过程。

由于这些突出部分153，当在电路板112上安装波导阵列113时在电路板112和波导阵列113的基侧之间形成间隙。通过密封树脂密封该间隙。相应地，把驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123以及接收器IC124密封在内部。

在波导单元151、152和波导本体141的底侧会合处设置透镜单元154、155。透镜单元154、155各包括多个透镜。透镜单元154的各透镜的表面为球形。通过光发射元件122的光发射点132发射的光束在这些透镜上会聚并且入射到波导单元151的各波导的边缘面上。透镜单元155的各透镜的表面为球形。透镜单元155使从波导单元152的各波导的边缘面发射的光束在光接收单元123的各光接收点133处上会聚。

透镜单元154、155分别排列成对着光发射元件122的光发射点132和光接收元件123的光接收点133。

由于突出部分153，波导阵列113的透镜单元154、155可以与光发射/接收元件122、123相距准确的距离。

凸缘部分142沿箭头X1指示的方向从波导本体141的基底的边缘突出。驱动器IC121排列在凸缘部分142的下面。

在沿箭头X2指示的方向波导单元151、152和波导本体141的侧面会合处设置透镜单元156、157。透镜单元156、157各包括多个透镜。

在沿箭头X2指示的方向的波导本体141的侧面上，在透镜单元156、157的二侧上形成孔158。连附在光通信线的端部的光连接器和这些孔158啮合，从而该光通信线的波导面对着透镜单元156、157的透镜。连附到该光通信线的端部的该光连接器插入到光插座连接器114之中并且通过外壳117被保持。

透镜单元156的各透镜的表面为球形。透镜单元156使从波导单元151的各波导的边缘面发射的光束会聚到该光通信线的边缘面上。透镜单元157的各透镜的表面为球形。透镜单元157使从该光通信线的边缘面发射的光束会聚到波导单元152的边缘上。

上面说明的透镜单元154、155、156、157可以防止光的漫射和衰减，从而可以有效地进行通信。

如上面说明那样，波导阵列113能把光束从光通信线引导到电路板112，并且还把光束从电路板112引导到光通信线。

在本实施例中，接收器IC124排列在波导本体141的下面，并且驱动器IC121排列在凸缘部分142的下面；但是，驱动器IC121可以排列在波导本体141的下面，并且接收器IC124可以排列在凸缘部分142的下面。

驱动器IC121和接收器IC124可以排列成彼此相靠，并且一起排列在波导本体141或凸缘部分142的下面。

[安装方法]

图9是安装系统的方块图。

安装系统200包括控制部件211、安装部件212、成像部件213和工作台214。

控制部件211可以和上层部件通信，并且根据来自该上层部件的命令从成像部件213获取图像。根据获得的图像，控制部件211驱动安装部件212，从而把发射光的驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123、接收光的接收器IC124以及波导阵列113安装到装在工作台214上的电路板112上。

图10是控制部件211完成的过程的流程图。

在步骤S1-1，把电路板112装在工作台214上，并且控制部件211接收来自该上层部件的安装指令。在步骤S1-2，控制部件211使成像部件213拾取电路板112的图像，并且从拾取的图像识别标记M1、M2。特别地，控制部件211在拾取的图像上进行例如二进制化的处理，对二进制化的图像进行图像分析，并且识别标记M1、M2。

接着，控制部件211通过把识别的标记M1、M2用作为参照坐标来识别安装光发射元件122的位置。在步骤S1-3，控制部件211控制安装部件212以操纵光发射元件122。在步骤S1-4和S1-5，继续控制光发射元件122的位置的操作，直到把光发射元件122定位到预定的位置上。控制部件211分析成像部件213拾取的图像，以从光发射元件122的形状识别光发射元件122的位置。

在步骤S1-6，控制部件211使成像部件213拾取电路板112的图像，以便根据拾取的图像识别光发射元件122的光发射点132。控制部件211分析成像部件213拾取的图像，以便从光发射元件122的形状以及各光发射点132的形状来识别光发射元件122的光发射点132的位置。在步骤S1-7，控制部件211控制安装部件212以操纵光接收元件123。在步骤S1-8和S1-9，继续控制光接收元件123的位置的操作，直至把光接收元件123定位在预定位置上。

在步骤S1-10，控制部件211使成像部件213拾取电路板112的图像，以便根据拾取的图像识别光发射元件122的光发射点132。控制部件211分析成像部件213拾取的图像，以便从光发射元件122的形状以及光发射点132的形状识别光发射元件122的光发射点132的位置。在步骤S1-11，控制部件211控制安装部件212以操纵波导阵列113。在步骤S1-12和S1-13，继续控制波导阵列113的位置的操作，直至把波导阵列113定位在预定位置上。

依据本实施例，分析成像部件213拾取的图像，以从其形状识别标记M1、M2和光发射元件122。通过利用识别出的标记M1、M2作为参照物来定位光发射元件。从而，可以把光发射元件122准确地定位在电路板112上。使成像部件213拾取准确定位在电路板112上的光发射元件122的图像，从拾取的图像识别光发射点132，并且利用识别的光发射点132作为参照物定位光接收元件123。从而，甚至可以更准确地定位光发射点132和光接收元件123的光接收点133。

此外，使成像部件213拾取准确定位在电路板112上的光发射元件122的图像，从拾取的图像识别光发射点132，并且利用识别的光发射点132作为参照物定位波导阵列113。因此，可以相对于光发射元件122的光发射点132准确地定位在波导阵列113的基侧上形成的透镜单元154、155。从而，甚至可以相对于光发射点132更准确地定位透镜单元154、155。

结果，可以准确地定位光发射元件122的光发射点132、光接收元件123的光接收点133、以及光接收点133的透镜单元154、155。

通过采用依据本实施例的安装方法，可以以减少的误差相对准确地定位各元件。另外，可以在从图像识别位置的同时定位和安装各元件。从而，可以低成本地进行生产。

安装波导阵列113后，用密封树脂密封波导阵列113的周边。由此，可以在波导阵列113的下面密封各裸芯片，即驱动器IC121、光发射元件122、光接收元件123和接收器IC124，从而保护各元件和各IC。

本实施例说明了含有四条用于传输的线和四条用于接收的线的光电转换模块，但本发明不受此的限制。可以存在一条传输线，或者存在比上面的说明更多的传输线。线的数量是不受限制的。

依据本发明的一实施例，可以小型化光电转换模块的各元件，从而可以紧凑地制造光电转换模块和高速传输连接器。

另外，依据本发明的一实施例，生产效率得以提高，从而可以低成本地进行制造。

本发明不受该具体公开的实施例的限制，在不背离本发明的范围下可以做出各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种装配光电转换模块的方法，该光电转换模块包括电路板，在该电路板上安装光发射元件、光接收元件以及与该光发射元件及该光接收元件光学地连接的光学元件，该方法的特征在于包括步骤：

(i)利用事先在该电路板上形成的多个定位标记作为参照坐标，把该光发射元件定位在该电路板上；

(ii)利用在步骤(i)定位的光发射元件的多个光发射点的位置作为参照坐标来定位该光接收元件的多个光接收点；以及

(iii)利用在步骤(i)定位的光发射元件的多个光发射点的位置作为参照坐标来定位该光学元件。

2.依据权利要求1的方法，其中步骤(i)包括：

根据定位标记识别要安装光发射元件的安装位置，

识别光发射元件的当前位置，以及

移动光发射元件以使它的当前位置成为它的安装位置。

3.依据权利要求1的方法，其中步骤(ii)包括：

识别光发射元件的光发射点的位置，

根据光发射点的识别位置识别要安装光接收元件的安装位置，

识别光接收元件的当前位置，以及

移动光接收元件，以使它的当前位置成为它的安装位置。

4.依据权利要求1的方法，其中步骤(iii)包括：

识别光发射元件的光发射点的位置，

根据光发射点的识别位置识别要安装光学元件的安装位置，

识别光学元件的当前位置，以及

移动光学元件，以使它的当前位置成为它的安装位置。

5.一种在电路板上安装光发射元件、光接收元件以及与该光发射元件和该光接收元件光学连接的光学元件的安装系统，该安装系统的特征在于包括：

配置成拾取装有该电路板的工作台的图像的成像部件；

配置成在该电路板上安装该光发射元件、该光接收元件以及该光学元件的安装部件；以及

控制部件，其配置成

根据该成像部件拾取的图像识别事先在该电路板上形成的多个定位标记，

使该安装部件利用识别的多个定位标记作为参照坐标把该光发射元件定位在该电路板上，

根据该成像部件拾取的图像识别由该安装部件定位的该光发射元件的多个光发射点的位置，

使该安装部件利用所述多个光发射点的识别的位置作为参照坐标把该光接收元件的多个光接收点定位在该电路板上，以及

使该安装部件利用所述多个光发射点的识别的位置作为参照坐标把该光学元件定位在该电路板上。

6.依据权利要求5的安装系统，其中该控制部件用于执行以下操作：

根据该成像部件拾取的图像识别电路板上形成的定位标记，

根据该识别的定位标记识别要安装光发射元件的安装位置，

根据该成像部件拾取的图像识别光发射元件的当前位置，以及

使该安装部件移动该光发射元件，从而使它的当前位置成为它的安装位置。

7.依据权利要求5的安装系统，其中该控制部件用于执行以下操作：

根据该成像部件拾取的图像识别该光发射元件的光发射点的位置，

根据该光发射点的识别的位置来识别要安装光接收元件的安装位置，

根据该成像部件拾取的图像来识别光接收元件的当前位置，以及

使该安装部件移动该光接收元件，从而使它的当前位置成为它的安装位置。

8.依据权利要求5的安装系统，其中该控制部件用于执行以下操作：

根据该成像部件拾取的图像识别该光发射元件的光发射点的位置，

根据该光发射点的识别的位置来识别要安装光学元件的安装位置，

根据该成像部件拾取的图像来识别光学元件的当前位置，以及

使该安装部件移动该光学元件，从而使它的当前位置成为它的安装位置。

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