CN103091799B - 供在并行光学通信模块中使用的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及供在并行光学通信模块中使用以被动地对准所述并行光学通信模块的光学器件模块与所述并行光学通信模块的光电装置的设备及方法。在安装过程期间，使用所述锥形突出部作为基准标记，在所述安装过程期间定位、定向光电装置阵列并将其紧固到所述引线框架的所述上部表面。随后，在被动对准过程期间，将所述光学器件模块的所述下部表面与所述引线框架的所述上部表面接触地放置，使得所述引线框架的所述锥形突出部与形成于所述光学器件模块中的相应锥形开口配合，此致使所述光电装置与相应透镜成精确光学对准。

Description

供在并行光学通信模块中使用的设备及方法

技术领域

本发明涉及并行光学通信模块。更特定来说，本发明涉及一种用于在并行光学通信模块的组装期间被动且精确地对准所述并行光学通信模块的光学器件系统与所述并行光学通信模块的光电装置的方法及设备。

背景技术

典型的并行光学通信模块包含电路板(例如印刷电路板(PCB))、安装于所述电路板上且电耦合到其的引线框架、安装于所述引线框架上的一个或一个以上集成电路(IC)、安装于所述引线框架上的光电装置阵列、将所述IC与电路板及与所述光电装置阵列互连的多个接合线以及用于在多条光纤的端与所述阵列的相应光电装置之间耦合光的光学器件系统。

所述光电装置可为光源(例如激光二极管或发光二极管(LED))及/或光检测器(例如光电二极管)。所述IC可包含激光二极管驱动器IC及/或接收器IC。如果并行光学通信模块为并行光学发射器模块，那么光电装置通常为激光二极管或LED，且所述IC为将电信号递送到激光二极管或LED以致使其产生光学数据信号的驱动器IC。如果并行光学通信模块为并行光学接收器模块，那么光电装置通常为光电二极管，且所述IC为处理由所述光电二极管产生的电信号以恢复光学数据信号中所含有的数据的接收器IC。如果并行光学通信模块为并行光学收发器模块，那么光电装置通常包含激光二极管或LED及光电二极管，且所述IC通常包含激光二极管驱动器IC及接收器IC。

当组装上文所描述类型的并行光学通信模块时，光学器件系统必须与光电装置阵列精确地对准以便确保在光纤的端与光电装置之间适当地耦合光学数据信号。否则，光学数据信号的完整性将降级，此将不利地影响模块的性能。因此，在组装过程期间必须非常谨慎以确保光学器件系统与光电装置阵列精确对准。

在上文所描述类型的并行光学通信模块中，在组装过程期间通常使用主动对准系统来对准光学器件系统与光电装置阵列。为了实现对准过程，主动对准系统的机器视觉系统在电路板上定位基准标记并在安装光学器件系统时使用所述基准标记来对准光学器件系统与电路板。所述基准标记也由机器视觉系统用来在将光电装置阵列安装于引线框架上时对准所述阵列与电路板。以此方式使用基准标记来在电路板上精确地定位光学器件系统及光电装置阵列两者应确保光学器件系统与光电装置阵列在其已经安装之后彼此精确对准。

尽管主动对准系统对于其既定用途来说通常非常有效，但其为增加总体组装成本的相对昂贵的系统。在组装过程期间，也已使用被动对准过程来对准光学器件系统与光电装置阵列。典型的被动对准过程利用模块或电路板上的销及光学器件系统中的具有用于接纳所述销的互反形状的开口。此些被动对准系统的缺点之一是存在与形成所述销及开口相关联的制造公差。这些公差往往会积累且可导致销及/或开口的形状及/或位置对于确保光学器件系统与光电装置阵列之间的精确对准来说并不足够精确。

存在对一种确保光学器件系统与光电装置阵列之间的精确对准的被动对准方法及设备的需要。

发明内容

本发明针对一种供在并行光学通信模块中使用以被动地对准所述并行光学通信模块的光学器件模块与所述并行光学通信模块的光电装置的设备及方法。所述设备包括：引线框架；至少第一及第二突出部，其分别安置于所述引线框架的所述上部表面上第一及第二预选位置处；光电装置阵列，其紧固到所述引线框架的所述上部表面第三预选位置处，所述第三预选位置具有相对于所述第一及第二突出部的特定位置关系；及光学器件模块，其安装于所述引线框架的所述上部表面上且具有形成于其中第一及第二预选位置处的第一及第二开口。所述光学器件模块具有安置于其中第三预选位置处的多个透镜，所述第三预选位置具有相对于形成于所述光学器件模块中的所述第一及第二开口的特定位置关系。在将所述光学器件模块安装于所述引线框架上时，所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合。所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口的所述配合确保所述透镜与相应光电装置光学对准。

所述方法包括以下各项：提供具有上部表面及下部表面的引线框架；分别在所述引线框架的所述上部表面上第一及第二预选位置处安置至少第一及第二突出部；在将光电装置阵列紧固到所述引线框架的所述上部表面第三预选位置处时，使用所述第一及第二突出部作为基准；提供具有第一及第二开口的光学器件模块，所述第一及第二开口分别形成于所述光学器件模块中的第一及第二预选位置处；及将所述光学器件模块安装于所述引线框架上，使得所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合。所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口的所述配合确保所述多个透镜与所述光电装置阵列光学对准。

依据以下描述、图式及以上权利要求书，本发明的这些及其它特征以及优点将变得显而易见。

附图说明

图1图解说明并行光学通信模块(为清晰起见而未展示)的引线框架的俯视透视图，所述引线框架具有形成于其上的两个相同的锥形突出部以用于执行互锁及光学对准功能。

图2A图解说明根据说明性实施例的光学器件模块的俯视透视图，所述光学器件模块经配置以安装于图1中所展示的引线框架上。

图2B图解说明图2A中所展示的光学器件模块的俯视透视图。

图3图解说明光学通信系统的横截面透视图，所述光学通信系统包括图1中所展示的引线框架及其它组件以及图2A及2B中所展示的安装于所述引线框架上的光学器件模块。

具体实施方式

根据说明性或示范性实施例，并行光学通信模块的引线框架具有安置于其上部表面上的锥形突出部，所述锥形突出部经定位及成形以与形成于所述并行光学通信模块的光学器件模块的下部表面中的相应锥形开口配合。在安装过程期间，使用安置于所述引线框架上的所述锥形突出部作为基准标记，在所述安装过程期间定位、定向光电装置阵列并将其紧固到所述引线框架的所述上部表面。随后，在被动对准过程期间，将所述光学器件模块的所述下部表面与所述引线框架的所述上部表面接触地放置，使得所述引线框架的所述锥形突出部邻近于相应锥形开口或与其接触。接着将所述引线框架与所述光学器件模块压在一起以致使相应锥形突出部与所述相应锥形开口配合。当所述光学器件模块与所述引线框架以此方式完全啮合时，所述阵列的所述光电装置与阵列的相应透镜精确光学对准。

相应锥形突出部与相应锥形开口的配合同时执行互锁所述光学器件模块与所述引线框架且光学对准光学器件模块与安装于引线框架上的光电装置阵列的功能。因此，光学对准过程为经由相应锥形突出部与相应锥形开口的配合实现的被动对准过程。现在将参考图1到3来描述说明性实施例，在所述图中，相似参考编号表示相似组件。

图1图解说明并行光学通信模块(为清晰起见而未展示)的引线框架1的俯视透视图，引线框架1具有形成于其上的两个相同的锥形突出部10a及10b。锥形突出部10a及10b通常整体地形成于引线框架1中，引线框架1包括通常通过已知冲压工艺成形的一块金属材料(例如，铜)。或者，锥形突出部10a及10b可为与引线框架1分离且固定地紧固到引线框架1的部分。锥形突出部10a及10b分别具有基底部分10c及10d且分别具有顶部部分10e及10f。锥形突出部10a及10b分别具有中间部分10g及10h，中间部分10g及10h分别从基底部分10c及10d分别延伸到顶部部分10e及10f。

中间部分10g及10h为锥形的，因为其分别在接近基底部分10c及10d处具有较大宽度且在接近顶部部分10e及10f处具有较小宽度，且所述宽度以连续方式调整。因此，沿着中间部分10g及10h的锥形为连续的，即，当分别沿远离基底部分10c及10d且朝向顶部部分10e及10f的方向移动时，沿着中间部分10g及10h的外表面不存在突然的宽度改变，且反之亦然。中间部分10g及10h分别过渡成顶部部分10e及10f的过渡区也为连续的。

光电装置2a的阵列2安装于引线框架1的上部表面1a上。阵列2通常为其中集成有多个光电装置2a的半导体芯片。IC3也安装于引线框架1的上部表面1a上。光电装置2a可为激光二极管及/或光电二极管，此取决于所述模块是发射器模块、接收器模块还是收发器模块。IC3为激光二极管驱动器IC或接收器IC，此取决于光电装置2a是激光二极管还是光电二极管。接合线4用于将光电装置2a与IC3电互连。接合线5用于将IC3与其上安装引线框架1的电路板(出于清晰的目的而未展示)电互连。

为了将光电装置2a的阵列2安装于引线框架1的上部表面1a上，机器视觉系统(出于清晰的目的而未展示)使用锥形突出部10a及10b作为基准标记。如此项技术中已知，机器视觉系统使用光学成像技术来获取基准标记及正安装的装置的图像且确定正安装的装置相对于基准标记的相对位置。在机器视觉系统获取这些图像并做出这些确定时，其将控制信号发送到自动化组装工具以致使所述工具定向所述装置且相对于基准标记将其放置于安装表面上预选位置处。锥形突出部10a及10b的连续变化的锥形形状为有利的，因为其允许机器视觉系统获取连续变化灰阶图像，所述图像可容易由所述系统处理以便分别找出突出部10a及10b的顶部部分10e及10f的中心。此类型的已知机器视觉系统及放置过程用于分别相对于锥形突出部10a及10b的顶部部分10e及10f的中心来定向阵列2且接着将阵列2放置于引线框架1的上部表面1a上精确的既定位置处。通常，使用粘合剂材料(例如环氧树脂)将阵列2固定地紧固到引线框架1的上部表面1a。

图2A图解说明根据说明性实施例的光学器件模块20的俯视透视图，光学器件模块20经配置以安装于图1中所展示的引线框架1上。图2B图解说明图2A中所展示的光学器件模块20的仰视透视图。根据此说明性实施例，光学器件模块20分别固持四条光纤21到24的端21a到24a。端21a到24a由盖25固持于适当位置中，盖25使端21a到24a压靠形成于光学器件模块20的上部表面20a中的V形凹槽(出于清晰的目的而未展示)。光学器件模块20包含用于分别在相应光纤21到24的相应端21a到24a与阵列2的相应光电装置2a(图1)之间耦合相应光学信号的多个透镜26a到26d。透镜26a到26d经由反射而使射到其上的光学信号的传播方向改变大约90°的角度。因此，举例来说，透镜26a到26d为反射透镜，例如全内反射(TIR)透镜，但多种反射透镜可用于此目的。

如在图2B中可看出，光学器件模块20的下部表面20b具有形成于其中的锥形开口30a及30b，锥形开口30a及30b经成形及定大小以分别与安置于引线框架1 (图1)上的锥形突出部10a及10b配合。举例来说，光学器件模块20通常由模制塑料材料(例如聚醚酰亚胺(PEI))制成。在制造过程期间，透镜26a到26d以及锥形开口30a及30b相对于彼此形成于模块20中的精确位置处。透镜26a到26d相对于锥形开口30a及30b的精确定位以及阵列2相对于锥形突出部10a及10b的顶部部分10e及10f的中心的精确定位分别确保在将光学器件模块20安装于引线框架1上时透镜26a到26d与相应光电装置2a精确对准，使得锥形突出部10a及10b分别与锥形开口30a及30b完全啮合。

图3图解说明光学通信系统100的横截面透视图，光学通信系统100包括图1中所展示的具有安装于其上的组件2及3的引线框架1以及图2A及2B中所展示的光学器件模块20，光学器件模块20紧固到引线框架1使得锥形突出部10a及10b分别与锥形开口30a及30b配合。在图3中所展示的横截面视图中，仅可看见配合的锥形突出部10b与锥形开口30b。如上文所指示，在配合位置中，阵列2的光电装置2a与光学器件模块20的透镜26a到26d精确光学对准。锥形突出部10a及10b分别与锥形开口30a及30b的配合也用于互锁或机械耦合光学器件模块20与引线框架1。还可使用可由(举例来说)金属薄片制成的箍带101来提供一旦光学器件模块20及引线框架1已被置于图3中所展示的互锁状态中便使光学器件模块20压靠引线框架1的力。

可从上文描述看出，锥形突出部10a及10b以及锥形开口30a及30b起到执行被动光学对准及机械耦合的双重功能。此消除了对使用主动对准过程及机器视觉系统来光学对准且机械耦合光学器件模块20与引线框架1的需要。另外，突出部10a及10b相对于光电装置2a的阵列2的精确定位以及透镜26a到26d相对于锥形开口30a及30b的精确定位确保了在将光学器件模块20安装于引线框架1上时透镜26a到26d将与阵列2的相应光电装置2a精确地光学对准。此精确光学对准确保光学耦合损耗将非常低，此有助于确保良好的信号完整性。

应注意，已出于描述本发明的原理及概念的目的关于说明性实施例描述了本发明。本发明并不限于这些实施例。举例来说，尽管已参考四通道模块描述了本发明，但所述模块可具有四个以上通道或四个以下通道。此外，尽管已将突出部10a/10b及开口30a/30b描述为具有特定形状，但如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解，可使用实现本发明的目标的其它适合形状。如所属领域的技术人员鉴于本文中所提供的描述将理解，可在不背离本发明的目标的情况下对本文中所描述的实施例做出许多修改，且所有此些修改均在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种供在并行光学通信模块中使用以被动地对准所述并行光学通信模块的光学器件模块与所述并行光学通信模块的光电装置的设备，所述设备包括：

引线框架，其具有上部表面及下部表面；

至少第一及第二突出部，其分别安置于所述引线框架的所述上部表面上第一及第二预选位置处；

光电装置阵列，其紧固到所述引线框架的所述上部表面第三预选位置处，其中所述第三预选位置经预选而具有相对于所述第一及第二突出部的特定位置关系以使得所述第一及第二突出部能够在将所述阵列放置及定位于所述引线框架的所述上部表面上期间用作基准；及

光学器件模块，其安装于所述引线框架的所述上部表面上，所述光学器件模块具有形成于所述光学器件模块中第一及第二预选位置处的第一及第二开口，所述光学器件模块具有安置于所述光学器件模块中第三预选位置处的多个透镜，其中所述光学器件模块上的所述第三预选位置经预选而具有相对于形成于所述光学器件模块中的所述第一及第二开口的特定位置关系，且其中在将所述光学器件模块安装于所述引线框架上时所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合，且其中所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口的所述配合确保所述多个透镜与所述光电装置阵列光学对准；

其中所述第一及第二突出部为锥形突出部，且其中所述第一及第二开口为锥形开口。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一及第二锥形突出部各自具有基底部分、顶部部分及中间部分，其中每一中间部分从相应基底部分延伸到相应顶部部分，且其中沿着所述中间部分的锥形为连续的。

3.根据权利要求2所述的设备，其中每一锥形突出部具有从相应中间部分的相应上部边缘延伸到所述相应顶部部分的相应中心的相应过渡区，且其中每一过渡区为连续的。

4.根据权利要求1所述的设备，其中每一锥形突出部整体地形成于所述引线框架中。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一及第二突出部以及所述第一及第二开口分别作为被动光学对准装置操作以在所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合时被动地光学对准所述光学器件模块与所述引线框架。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电装置为激光二极管。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电装置为光电二极管。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电装置包含激光二极管及光电二极管。

9.一种供在并行光学通信模块中使用以被动地对准所述并行光学通信模块的光学器件模块与所述并行光学通信模块的光电装置的方法，所述方法包括：

提供具有上部表面及下部表面的引线框架；

分别在所述引线框架的所述上部表面上第一及第二预选位置处安置至少第一及第二突出部；

在将光电装置阵列紧固到所述引线框架的所述上部表面第三预选位置处时，使用所述第一及第二突出部作为基准，其中所述第三预选位置经预选而具有相对于所述第一及第二突出部的特定位置关系；

提供具有第一及第二开口的光学器件模块，所述第一及第二开口分别形成于所述光学器件模块中的第一及第二预选位置处，所述光学器件模块具有安置于所述光学器件模块中的第三预选位置处的多个透镜，其中所述光学器件模块中的所述第三预选位置经预选而具有相对于形成于所述光学器件模块中的所述第一及第二开口的特定位置关系；及

将所述光学器件模块安装于所述引线框架上，使得所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合，且其中所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口的所述配合确保所述多个透镜与所述光电装置阵列光学对准；

其中所述第一及第二突出部为锥形突出部，且其中所述第一及第二开口为锥形开口。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一及第二锥形突出部各自具有基底部分、顶部部分及中间部分，其中每一中间部分从相应基底部分延伸到相应顶部部分，且其中沿着所述中间部分的锥形为连续的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中每一锥形突出部具有从相应中间部分的相应上部边缘延伸到所述相应顶部部分的相应中心的相应过渡区，且其中每一过渡区为连续的。

12.根据权利要求9所述的方法，其中将每一锥形突出部整体地形成于所述引线框架中。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一及第二突出部以及所述第一及第二开口分别作为被动光学对准装置操作以在所述第一及第二突出部分别与所述第一及第二开口配合时被动地光学对准所述光学器件模块与所述引线框架。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述光电装置为激光二极管。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述光电装置为光电二极管。

16.根据权利要求9所述的方法，其中所述光电装置包含激光二极管及光电二极管。