CN104020537B - 高速光电转换装置及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速光电转换装置及其组装方法，该光电转换装置包括光纤阵列组件、软线板、PCB电路板、光电芯片阵列组、驱动电路芯片组和挡块；光纤阵列组件包括固定座和多路并行光纤；PCB电路板具有U型槽口，软线板包括贴装部和焊接部，挡块穿设于槽口内，且它的一侧止挡于槽口内，焊接部贴合于挡块的底部并延伸至PCB电路板的底部，贴装部穿设于槽口内，且它的一侧止挡于挡块的另一侧；光电芯片阵列组贴装于贴装部的另一侧，驱动电路芯片组贴装于贴装部的另一侧；光纤阵列组件穿设于槽口内，多路并行光纤与光电芯片阵列组耦合对准。该光电转换装置可以有效节约成本，且可以有效的提高可传输信号的速率，轻易达到10Gbps，甚至20Gbps。
Description
技术领域
本发明涉及有源光缆技术领域，具体是涉及一种高速光电转换装置及其组装方法。
背景技术
随着通信技术的发展，社会对网络通信技术的传送信息量成几何级增长。高速传输变得非常关键，然而目前以铜缆为基础的解决方案存在技术瓶颈：铜缆的传输距离随着信号速率的提升急剧下降。例如，传输10Gb/s信号时铜线最长仅为3m左右，且电能损耗极大，成本也很高。为了解决铜缆传输高速视频数据距离不够的问题，目前通常使用有源光缆的解决方案，即通过光纤代替铜缆作为传输介质，有源光缆通常具有发送端和接收端，在发送端和接收端各设一块PCB单元，PCB单元一般包括光电转换装置，通过光电转换装置实现电-光，光-电的转换。在实现电-光，光-电的转换过程中，需要将多路激光二极管(VCSEL)或光电二极管(PD)耦合对准多路光纤。
目前，在光电转换装置中，通常是先将驱动电路芯片组和相应的VCSEL芯片阵列或/和PD芯片阵列贴装在PCB电路板(PCB板)上，再通过引线键合(wirebonding)打线的方式将其连接起来。由于PCB板制造技术的限制(通常线宽线距为4mil/4mil)，以及打线弧度等原因，往往使得从驱动电路芯片组到VCSEL芯片阵列和PD芯片阵列的距离超过1mm，而10Gbps或以上的传输信号打线要求长度不宜超过1mm，否则线上电感将比较大，从而限制了高频信号的传输。此外，VCSEL芯片阵列或/和PD芯片阵列与光纤阵列耦合对准时，需要借助基板或透镜阵列来自光纤阵列的光线90度转向至VCSEL芯片阵列或/和PD芯片阵列，以实现光电转换，而基板或者透镜阵列等通常价格不菲。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种高速光电转换装置及其组装方法，该光电转换装置无需使用基板和透镜阵列即可实现光电转换，可以有效节约成本，且可以有效的提高可传输信号的速率，轻易达到10Gbps，甚至20Gbps。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高速光电转换装置，包括一光纤阵列组件、一软线板、PCB电路板、光电芯片阵列组、用于驱动所述光电芯片阵列组的驱动电路芯片组和挡块；所述光纤阵列组件包括一固定座和间隔定位穿设于所述固定座内的多路并行光纤；所述PCB电路板的一侧具有U型槽口，所述软线板包括一体折弯呈设定角度的贴装部和焊接部，所述挡块穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述槽口内，所述焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，且所述焊接部与所述PCB电路板上的电路线电连接，所述贴装部穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述挡块的另一侧；所述光电芯片阵列组贴装于所述贴装部的另一侧，所述驱动电路芯片组贴装于所述贴装部的另一侧，且靠近所述光电芯片阵列组一侧，所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线打线连接；所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准。
作为本发明的进一步改进，所述光电芯片阵列组与所述软线板之间设有热沉片，所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度与所述驱动电路芯片组的厚度相差设定距离。
作为本发明的进一步改进，所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度后减去所述驱动电路芯片组的厚度的差值范围为-0.5mm～+0.5mm。
作为本发明的进一步改进，所述光电芯片阵列组包括一VCSEL芯片阵列和一PD芯片阵列；所述驱动电路芯片组包括驱动所述VCSEL芯片阵列的驱动器IC和驱动所述PD芯片阵列的放大器IC。
作为本发明的进一步改进，所述挡块为具有良好的导热性能的方形块，所述焊接部与所述贴装部之间的设定角度为90度。
作为本发明的进一步改进，所述焊接部与所述PCB电路板通过BGA焊球连接。
作为本发明的进一步改进，所述固定座为V型槽光纤连接器。
一种高速光电转换装置的组装方法，包括如下步骤：
a)制作光纤阵列组件、软线板、PCB电路板、驱动电路芯片组、挡块和光电芯片阵列组；
b)将所述驱动电路芯片组和所述光电芯片阵列组贴装于所述软线板的贴装部的一侧，使所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线通过打线电连接；
c)将步骤b贴装后的软线板和所述挡块穿设于所述PCB电路板的U型槽口内，并用胶粘合固定，使所述软线板的焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，所述挡块贴合于所述槽口和所述软线板的贴装部之间；
d)将所述软线板的焊接部与所述PCB电路板上电路线通过BGA焊球连接；
e)将所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，使所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准，并用胶粘合固定。
本发明的有益效果是：本发明提供一种高速光电转换装置及其组装方法，通过将驱动电路芯片组和光电芯片阵列组(PD芯片阵列或/和VCSEL芯片阵列)贴装在软线板(flex)上，借助软线板的挠性，将软线板折弯成贴装部和焊接部，并将贴装部通过一个挡块定位在PCB电路板的U型槽口上，可以实现驱动电路芯片组与光电芯片阵列组尽可能的靠近，从而保证高速信号线的距离非常短，300um～500um，避免信号在PCB电路板上传输而导致的信号衰减，保证信号传输速率达到10G及以上，还可以无需使用基板和透镜阵列实现从PCB电路板上电信号到光纤中光信号的90度转向，达到有效节约成本的目的。较佳的，光电芯片阵列组的厚度与所述驱动电路芯片组的厚度相差设定距离，具体实施时，可将光电芯片阵列组与驱动电路芯片组设计在同一个平面上，这样可以保证它们之间的连线尽可能的短，从而提高可传输的速率。较佳的光电芯片阵列组包括一VCSEL芯片阵列和一PD芯片阵列，这样，通过同时设置VCSEL芯片阵列和PD芯片阵列，可以使发射端或接受端的PCB单元具有收发功能。较佳的，挡块为具有良好的导热性能的方形块，用于辅助固定软线板的同时，还具有帮助散热的功能，具体实施时可选用导热率高的材料。焊接部与贴装部之间的设定角度为90度，用于实现光电转90度，实现光电芯片阵列组与光纤阵列的耦合对准。较佳的，焊接部与PCB电路板通过BGA焊球连接，使软线板与PCB电路板之间进行有效的低损连接。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明分解结构示意图；
结合附图，作以下说明：
1——光纤阵列组件11——固定座
12——多路并行光纤2——软线板
21——贴装部22——焊接部
3——PCB电路板31——槽口
4——光电芯片阵列组5——驱动电路芯片组
6——挡块
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，一种高速光电转换装置，包括一光纤阵列组件1、一软线板2、PCB电路板3、光电芯片阵列组4(如VCSEL芯片阵列或/和PD芯片阵列)、用于驱动所述光电芯片阵列组的驱动电路芯片组5和挡块6；所述光纤阵列组件包括一固定座11和间隔定位穿设于所述固定座内的多路并行光纤12；所述PCB电路板的一侧具有U型槽口31，所述软线板包括一体折弯呈设定角度的贴装部21和焊接部22，所述挡块穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述槽口内，所述焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，且所述焊接部与所述PCB电路板上的电路线电连接，所述贴装部穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述挡块的另一侧；所述光电芯片阵列组贴装于所述贴装部的另一侧，所述驱动电路芯片组贴装于所述贴装部的另一侧，且靠近所述光电芯片阵列组一侧，所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线打线连接；所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准。这样，通过将驱动电路芯片组和光电芯片阵列组(PD芯片阵列或/和VCSEL芯片阵列)贴装在软线板(flex)上，借助软线板的挠性，将软线板折弯成贴装部和焊接部，并将贴装部通过一个挡块定位在PCB电路板的U型槽口上，可以实现驱动电路芯片组与光电芯片阵列组尽可能的靠近，从而保证高速信号线的距离非常短，300um～500um，避免信号在PCB电路板上传输而导致的信号衰减，保证信号传输速率达到10G及以上，还可以无需使用基板和透镜阵列实现从PCB电路板上电信号到光纤中光信号的90度转向，达到有效节约成本的目的。
优选的，所述光电芯片阵列组与所述软线板之间设有热沉片，所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度与所述驱动电路芯片组的厚度相差设定距离。这样，将驱动电路芯片组和光电芯片阵列组(PD芯片阵列或/和VCSEL芯片阵列)贴装在软线板(flex)上，通过调整热沉片的厚度，可以使光电芯片阵列组的厚度加上热沉片的厚度与驱动电路芯片组的厚度相差设定距离，即光电芯片阵列组的厚度加上热沉片的厚度近似于驱动电路芯片组的厚度；以便光电芯片阵列组与驱动电路芯片组进行打线键合时控制金丝长度最短，进一步达到减小金丝电感，提高光组件的高频性能的目的。
优选的，所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度后减去所述驱动电路芯片组的厚度的差值范围为-0.5mm～+0.5mm。具体实施时，可将光电芯片阵列组的上表面与驱动电路芯片组的上表面设计在同一个平面上或使光电芯片阵列组的上表面略低于驱动电路芯片组的上表面，这样可以保证它们之间的打线尽可能的短，从而提高可传输的速率。
优选的，所述光电芯片阵列组包括一VCSEL芯片阵列和一PD芯片阵列(或者只有VCSEL芯片阵列以及或者只有PD芯片阵列，这样是实现单向发送数据，两者皆有是双向收发)；所述驱动电路芯片组包括驱动所述VCSEL芯片阵列的驱动器IC和驱动所述PD芯片阵列的放大器IC(TIA)。这样，通过同时设置VCSEL芯片阵列和PD芯片阵列，可以使发射端或接受端的PCB单元具有收发功能。
优选的，所述挡块为具有良好的导热性能的方形块，所述焊接部与所述贴装部之间的设定角度为90度。挡块用于辅助固定软线板的同时，还具有帮助散热的功能，具体实施时可选用导热率高的材料。焊接部与贴装部之间的设定角度为90度用于实现光电转90度，实现光电芯片阵列组与光纤阵列的耦合对准。
优选的，所述焊接部与所述PCB电路板通过BGA焊球连接(或者速度要求不高时是普通金手指焊接，一般是10Gbps以下，超过10Gbps以上可以使用BGA焊球连接)。通过BGA焊球可以使软线板与PCB电路板之间进行有效的低损连接。
优选的，所述固定座为V型槽光纤连接器(V-groove)。V-groove为现有技术，在此不再赘述。
一种高速光电转换装置的组装方法，包括如下步骤：
a)制作光纤阵列组件、软线板、PCB电路板、驱动电路芯片组、挡块和光电芯片阵列组；
b)将所述驱动电路芯片组和所述光电芯片阵列组贴装于所述软线板的贴装部的一侧，使所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线通过打线电连接；
c)将步骤b贴装后的软线板和所述挡块穿设于所述PCB电路板的U型槽口内，并用胶粘合固定，使所述软线板的焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，所述挡块贴合于所述槽口和所述软线板的贴装部之间；
d)将所述软线板的焊接部与所述PCB电路板上电路线通过BGA焊球连接；
e)将所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，使所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准，并用胶粘合固定。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高速光电转换装置，其特征在于：包括一光纤阵列组件(1)、一软线板(2)、PCB电路板(3)、光电芯片阵列组(4)、用于驱动所述光电芯片阵列组的驱动电路芯片组(5)和挡块(6)；所述光纤阵列组件包括一固定座(11)和间隔定位穿设于所述固定座内的多路并行光纤(12)；所述PCB电路板的一侧具有U型槽口(31)，所述软线板包括一体折弯呈设定角度的贴装部(21)和焊接部(22)，所述挡块穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述槽口内，所述焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，且所述焊接部与所述PCB电路板上的电路线电连接，所述贴装部穿设于所述槽口内，且它的一侧止挡于所述挡块的另一侧；所述光电芯片阵列组贴装于所述贴装部的另一侧，所述驱动电路芯片组贴装于所述贴装部的另一侧，且靠近所述光电芯片阵列组一侧，所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线打线连接；所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准。
2.根据权利要求1所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述光电芯片阵列组与所述软线板之间设有热沉片，所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度与所述驱动电路芯片组的厚度相差设定距离。
3.根据权利要求2所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述光电芯片阵列组的厚度加上所述热沉片的厚度后减去所述驱动电路芯片组的厚度的差值范围为-0.5mm～+0.5mm。
4.根据权利要求3所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述光电芯片阵列组包括一VCSEL芯片阵列和一PD芯片阵列；所述驱动电路芯片组包括驱动所述VCSEL芯片阵列的驱动器IC和驱动所述PD芯片阵列的放大器IC。
5.根据权利要求4所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述挡块为具有良好的导热性能的方形块，所述焊接部与所述贴装部之间的设定角度为90度。
6.根据权利要求5所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述焊接部与所述PCB电路板通过BGA焊球连接。
7.根据权利要求6所述的高速光电转换装置，其特征在于：所述固定座为V型槽光纤连接器。
8.一种高速光电转换装置的组装方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)制作权利要求7所述的光纤阵列组件、软线板、PCB电路板、驱动电路芯片组、挡块和光电芯片阵列组；
b)将所述驱动电路芯片组和所述光电芯片阵列组贴装于所述软线板的贴装部的一侧，使所述驱动电路芯片组分别与所述光电芯片阵列组和所述贴装部上的电路线通过打线电连接；
c)将步骤b贴装后的软线板和所述挡块穿设于所述PCB电路板的U型槽口内，并用胶粘合固定，使所述软线板的焊接部贴合于所述挡块的底部并延伸至所述PCB电路板的底部，所述挡块贴合于所述槽口和所述软线板的贴装部之间；
d)将所述软线板的焊接部与所述PCB电路板上电路线通过BGA焊球连接；
e)将所述光纤阵列组件穿设于所述槽口内，使所述多路并行光纤与所述光电芯片阵列组耦合对准，并用胶粘合固定。
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