CN102169216A - 用于宽带高速传输的并行光收发组件 - Google Patents

用于宽带高速传输的并行光收发组件 Download PDF

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李伟龙
孙雨舟
常留勋
施高鸿
刘圣
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Abstract

本发明涉及用于宽带高速传输的并行光收发组件，包括印刷电路板和位于其上的集成电路芯片和光电元件阵列，印刷电路板的一端设有电信号输入输出端口，另一端设有侧面电极；光电元件阵列包括VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列，其组装在印刷电路板的侧面上，并分别与印刷电路板侧面电极打线连接；集成电路芯片包括激光器驱动芯片和探测器TIA芯片，其组装于印刷电路板表面的电极上；光纤阵列置于光纤固定件内，光纤固定件固定于光纤支撑件上，光纤阵列以一对一的方式与光电元件阵列对准。采用独特的电路板技术以及光电元件侧面贴装技术，制造工艺更加简单易行，减少组件构件的数量，成本更低，组件的光电性能和结构稳定性都显著提高。

Description

用于宽带高速传输的并行光收发组件
技术领域
本发明涉及一种用于宽带高速传输的并行光收发组件。
背景技术
随着人类对通信带宽需求的快速增长，现有通信系统面临着容量和能耗两大挑战。由于能在更小的空间、更低的能耗占用下提供更大的带宽，关于并行光学模块的研究发展日益增多。并行光学模块是在一个单独的模块中多个激光器对准多个光纤——例如适合短程高带宽计算和交换应用的4通道短程收发模块，集成了四个独立的发送和接收通道，并连接到一条12通道多模带状光纤。由于器件集成化和小型化所带来的高带宽密度和低功耗，使得并行光学模块的传输带宽和使用功耗大大优于多个分立器件，从而提高了系统传输性能。
并行光学模块对子元件的对准所要求的精度更高，能容忍的装配误差更小，以保证尽可能高的光耦合效率。现有技术在实现这些对准操作时，很复杂很费时，需要一套复杂的并行定位件，如V型槽、MT型光学连接器等，以及精准的芯片贴装工艺和精准的光学耦合工艺；另外，光电阵列部件和印刷电路板电连接，如金线连接、软板连接等，其分布范围大，长度较长，对于高频信号的发射和检测会引入不良的噪声干扰，使得信号变差，器件性能劣化；并且对光学组件，如透镜、光导管的加工工艺要求很高；同时光学组件零部件的增加也相应的使成本增加。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于宽带高速传输的并行光收发组件。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于宽带高速传输的并行光收发组件，包括印刷电路板和位于其上的集成电路芯片和光电元件阵列，特点是：所述印刷电路板的一端设有电信号输入输出端口，印刷电路板的另一端设有侧面电极；所述光电元件阵列包括VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列，VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列组装在印刷电路板的侧面上，并分别与印刷电路板侧面电极打线连接；所述集成电路芯片包括激光器驱动芯片和探测器TIA芯片，激光器驱动芯片和探测器TIA芯片组装于印刷电路板表面的电极上；光纤阵列置于光纤固定件内，光纤固定件固定于光纤支撑件上，光纤阵列以一对一的方式与光电元件阵列对准。
进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列以并排直线排列方式通过导电胶组装于在印刷电路板的侧面上。
更进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述激光器驱动芯片和探测器TIA芯片通过倒装焊接方式组装在印刷电路板表面的电极上。
更进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述信号输入输出端口为镀金插板结构。
更进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光纤阵列包括复数根光纤，每根光纤具有一耦合端面。
再进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光电元件阵列的有效区域中心与光纤阵列的耦合面以一对一的方式进行对准，光电元件阵列的有效区域中心与光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶。
再进一步地，上述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光纤阵列有两组，第一组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与VCSEL激光器阵列的有效中心区域进行对准，VCSEL激光器阵列的有效中心区域与第一组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶，第二组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与PD光电探测器阵列的有效区域中心进行对准，PD光电探测器阵列的有效中心区域与第二组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明采用独特的电路板制造技术以及光电元件侧面贴装技术，并且通过芯片倒装技术，使光电元件的电连接更加合理，提升组件的光电性能；分别对VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列的采用主动对准技术进行光学耦合，降低了光电元件阵列贴装精度显著降低了光电元件与光纤连接的工艺难度并且提升了组件装配误差容忍度；通过减少组件构件的数量，降低组件成本，更适合批量生产应用。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：用于宽带高速传输的并行光收发组件的组装示意图；
图2：用于宽带高速传输的并行光收发组件光学耦合示意图；
图3a：光从光纤通过折射率匹配胶耦合至PD光电探测器的光路示意图；
图3b：由VCSEL激光器发射的光通过折射率匹配胶至光纤的光路示意图；
图4：未切割的印刷电路板侧面贴合处俯视示意图；
图5：切割完成的印刷电路板侧面贴合处俯视示意图；
图6：切割完成的印刷电路板侧面贴合处主视示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
具体实施方式
如图1所示，用于宽带高速传输的并行光收发组件，包括印刷电路板01和位于其上的集成电路芯片03和光电元件阵列04，印刷电路板01的一端设有电信号输入输出端口11，信号输入端口11为镀金插板结构，印刷电路板01的另一端设有侧面电极02；集成电路芯片03包括激光器驱动芯片31和探测器TIA芯片32，激光器驱动芯片31和探测器TIA芯片32通过倒装焊方式组装在印刷电路板01表面的电极上；光电元件阵列04包括VCSEL激光器阵列41和PD光电探测器阵列42，VCSEL激光器阵列41和PD光电探测器阵列42以并排直线排列方式通过导电胶组装于在印刷电路板01的侧面上，VCSEL激光器阵列41和PD光电探测器阵列42分别与印刷电路板的侧面电极02打线连接。光纤阵列07以一对一的方式与光电元件阵列04对准，置于光纤固定件06内，再由光纤支撑件05支撑固定。
通过倒装焊方式将集成电路芯片03组装在印刷电路板01表面的电极上，省去了导电金线，使得集成电路芯片03与印刷电路板01之间的电连接更加合理，有利于提升高速信号传输性能，也有利于提升宽带高速传输的并行光收发组件的可靠性。
宽带高速传输的并行光收发组件光学耦合如图2所示，光纤阵列07包括复数根光纤，被分成两组并置于光纤固定件06内，每根光纤具有一耦合端面；第一组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与VCSEL激光器阵列41的有效中心区域进行对准，第二组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与PD光电探测器阵列42的有效区域中心进行对准，VCSEL激光器阵列41的有效中心区域与第一组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶09，PD光电探测器阵列42的有效中心区域与第二组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶09。
光纤阵列07与PD光电探测器阵列42的光学耦合光路如图3a所示，在组装时，先将PD光电探测器阵列42通过导电胶组装于在印刷电路板01的侧面上，再用导电金线08将PD光电探测器阵列42与电路板01的侧面电极02连接；当加载有信号的入射光经过折射率匹配胶09入射至PD光电探测器阵列42时，通过调整光纤阵列07的空间位置，使得由PD光电探测器阵列42探测到的信号幅度最佳，通过固化折射率匹配胶09完成光纤阵列07与PD光电探测器阵列42的组装。
光纤阵列07与VCSEL激光器阵列41的光学耦合光路如图3b所示，在组装时，先将VCSEL激光器阵列41通过导电胶组装于在印刷电路板01的侧面上，再用导电金线08将VCSEL激光器阵列41与电路板01的侧面电极02连接；当加载有信号的电信号由VCSEL激光器阵列41经过折射率匹配胶09入射至光纤阵列07时，通过调整光纤阵列07的空间位置，使得光纤阵列07得到的光信号幅度最佳，通过固化折射率匹配胶09完成光纤阵列07与VCSEL激光器阵列41的组装。
本发明通过独特的光电元件阵列04侧面贴装技术进行光学耦合，显著提升了组件装配误差容忍度，减少了组件构件的数量，通过使用折射率匹配胶09，提升了光学耦合效率，提高组件性能，同时降低了对光纤阵列07的耦合面的光学要求，降低组件成本，更适合批量生产使用。
采用独特的电路板制造技术，使得光电元件阵列04能够贴合在印刷电路板01的侧面上。如图4，未切割的印刷电路板01侧面贴合处，通过在印刷电路板01中增加一定数量盲孔21，以及在盲孔中镀有导电金属，使得表层的电讯号能够通过盲孔21传递到内层，再通过对印刷电路板01沿盲孔21的轴进行激光切割，如图5、图6，使得印刷电路板01的侧面电极02能与表层的电讯号相连，并且使得光电元件阵列04能够贴合在印刷电路板01的侧面上，最后通过导电金线08将光电元件阵列04连接到印刷电路板01的侧面电极02上。
综上所述，本发明提供一种简单易行的宽带高速传输的并行光收发组件，采用独特的电路板制造技术以及光电元件侧面贴装技术，并且通过芯片倒装技术，使光电元件的电连接更加合理，提升组件的光电性能；分别对VCSEL激光器阵列和PD光电探测器阵列的采用主动对准技术进行光学耦合，降低了光电元件阵列贴装精度，降低了光电元件与光纤连接的工艺难度并且提升了组件装配误差容忍度；通过减少组件构件的数量，降低组件成本，更适合批量生产应用。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.用于宽带高速传输的并行光收发组件，包括印刷电路板(01)和位于其上的集成电路芯片(03)和光电元件阵列(04)，其特征在于：所述印刷电路板(01)的一端设有电信号输入输出端口(11)，印刷电路板(01)的另一端设有侧面电极(02)；所述光电元件阵列(04)包括VCSEL激光器阵列(41)和PD光电探测器阵列(42)，VCSEL激光器阵列(41)和PD光电探测器阵列(42)组装在印刷电路板(01)的侧面上，并分别与印刷电路板侧面电极(02)打线连接；所述集成电路芯片(03)包括激光器驱动芯片(31)和探测器TIA芯片(32)，激光器驱动芯片(31)和探测器TIA芯片(32)组装于印刷电路板(01)表面的电极上；光纤阵列(07)置于光纤固定件(06)内，光纤固定件(06)固定于光纤支撑件(05)上，光纤阵列(07)以一对一的方式与光电元件阵列(04)对准。
2.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述VCSEL激光器阵列(41)和PD光电探测器阵列(42)以并排直线排列方式通过导电胶组装于在印刷电路板(01)的侧面上。
3.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述激光器驱动芯片(31)和探测器TIA芯片(32)通过倒装焊接方式组装在印刷电路板(01)表面的电极上。
4.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述信号输入输出端口(11)为镀金插板结构。
5.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光纤阵列(07)包括复数根光纤，每根光纤具有一耦合端面。
6.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光电元件阵列(04)的有效区域中心与光纤阵列(07)的耦合面以一对一的方式进行对准，光电元件阵列(04)的有效区域中心与光纤阵列(07)的耦合面之间置有折射率匹配胶(09)。
7.根据权利要求1所述的用于宽带高速传输的并行光收发组件，其特征在于：所述光纤阵列(07)有两组，第一组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与VCSEL激光器阵列(41)的有效中心区域进行对准，VCSEL激光器阵列(41)的有效中心区域与第一组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶，第二组光纤阵列的耦合面以一对一的方式与PD光电探测器阵列(42)的有效区域中心进行对准，PD光电探测器阵列(42)的有效中心区域与第二组光纤阵列的耦合面之间置有折射率匹配胶。
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