CN104503041A - 一种并行光组件 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种并行光组件，包括PCB板、透镜座、光连接器和电连接器，PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，柔性PCB板部固连有一与其平行设置的金属补强板，金属补强板上具有条形凸台，条形凸台中间围成有第一定位槽，透镜座卡设在第一定位槽内；第一定位槽内设有第二定位槽及导针安装通孔，激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在第二定位槽内，驱动芯片通过高精度贴片机粘贴在金属补强板上；柔性PCB板部上对应设有定位孔，透镜阵列与激光器和/或探测器阵列对准耦合。本发明中柔性PCB板部可弯曲或折叠，有利于减小封装尺寸，可以实现透镜与激光器或探测器阵列的无源耦合，效率高，精度高，操作简单。

Description

一种并行光组件

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种并行光组件。

背景技术

随着光纤通信领域中对通信带宽的要求越来越高，多路并行光纤传输或并行光互连的应用越来越广泛，为了实现多路并行光互连，通常采用多路并行光收发模块进行多路并行光互连。

并行模块与单路模块相比要求更高的元器件密度，更小的封装尺寸和重量、更低的能耗，同时对热设计、电磁干扰屏蔽设计、封装工艺设计、光电耦合设计和电路设计有较高的要求。并行光模块完善的结构设计方案直接决定模块性能和可靠性。因此，并行模块中的光组件对各芯片、透镜等部件的对准精度要求较高，误差要小，从而保证尽可能高的光耦合效率。

现有技术中，并行光组件的耦合通常采用有源耦合，即耦合过程中需要光组件中各芯片带电工作，耦合工艺复杂，效率低；另外，现有并行光模块现有技术中的多路并行光收发模块均采用符合国际标准的封装形式，包括QSFP MSA，SNAP12 MSA协议等，有些封装形式为实现其自有的某些特定功能，往往做成的封装尺寸较大，如SFF（49.56mm×13.59mm×9.8mm）、SFP（56.5mm×13.4mm×8.5mm）等，大都是由于其内部结构构造占用尺寸较大且各个部件之间结构设计不是很合理造成的。具体表现在，作为封装中常用的系统主板结构往往大都是采用刚性电路板，为直板状不能发生相应的弯曲，若弯曲则会损坏电路板上对应的元器件；另外，光组件的光部件装配结构不够紧凑，也会造成封装尺寸加大。这些封装光模块因为其封装尺寸较大使环境适应性较低，如果在比较恶劣环境中运行，由于其抗振性能低，可能会发生损坏或无法正常工作，并且在高可靠性系统中运行时其相应的可靠性也远远不能满足高可靠性系统要求。

发明内容

本发明提出一种新型的并行光组件，可以解决现有标准并行光组件耦合工艺复杂，效率低，且封装尺寸大，在高可靠性系统中运行时可靠性不能满足要求的问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案是，一种并行光组件，包括PCB板、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列的透镜座、安装在PCB板上的光连接器和电连接器，所述光连接器包括导针、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列及对应的驱动芯片，所述PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，所述电连接器位于所述刚性PCB板部上；所述柔性PCB板部固连有一与其平行设置的金属补强板，所述金属补强板上具有一呈U字形轨迹弯曲的条形凸台，所述条形凸台中间围成有第一定位槽，所述透镜座卡设在所述第一定位槽内；所述第一定位槽内设有第二定位槽及导针安装通孔，所述激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在所述第二定位槽内，所述驱动芯片通过高精度贴片机粘贴在金属补强板上；所述柔性PCB板部上对应设有将所述条形凸台、激光器和/或探测器及驱动芯片露出的定位孔，所述透镜阵列与所述激光器和/或探测器阵列对准耦合；所述透镜座上与所述导针安装通孔对应位置处设有导针装配孔，所述导针的一端穿过所述导针安装通孔、定位孔和导针装配孔，且与所述导针装配孔过渡配合，并与所述导针安装通孔间由结构胶粘接固定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明中激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在第二定位槽内，同时驱动芯片也由高精度贴片机粘贴在金属补强板上，可采用微米级的高精度贴片机拾取透镜座，将透镜座的各路透镜光口中心分别与激光器和/或探测器阵列的光敏面中心进行对准，实现透镜与激光器和/或探测器阵列在X轴和Y轴的光学尺寸对准，同时，透镜座卡设在第一定位槽内，第一定位槽对透镜座进行Z方向的限位，实现透镜与激光器和/或探测器阵列在Z轴的光学尺寸对准，从而实现透镜与激光器和/或探测器阵列的无源耦合，无源耦合效率高，精度高，操作简单；

2、PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，将光连接器设置在与柔性PCB板部固连的金属补强板上，则在封装过程中，光连接器及金属补强板可随柔性PCB板部弯曲或折叠，有利于减小封装尺寸，形成了元器件的高密度分布，增强环境适应能力；

3、金属补强板能够弥补柔性PCB板部强度弱的缺点，保证PCB板的整体强度，且其与驱动芯片热膨胀系数相近，便于芯片的裸片安装，避免由于热胀冷缩作用损坏芯片。

附图说明

图1为本发明实施例并行光组件的结构示意图；

图2为图1的分解结构图；

图3为本发明实施例中金属补强板的结构示意图；

图4为本发明实施例中透镜盖板一个视角的结构示意图（朝向光连接安装板的一侧）；

图5为本发明实施例中透镜盖板另一个视角的结构示意图（背向光连接安装板的一侧）；

图6为本发明实施例中PCB板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细地描述。

参照图1至图3，本实施例并行光组件，包括PCB板1、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列3-1的透镜座3、安装在PCB板1上的光连接器和电连接器8，光连接器包括导针7、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列5及对应的驱动芯片6。其中，电连接器8采用可插拔的10×10 MEG-Array电接口，符合SNAP12 MSA协议要求；激光器和/或探测器阵列5为VCSEL 激光器阵列和/或PD光电探测器阵列，VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5通过打金线与驱动芯片6相连，驱动芯片6通过打金线与PCB板1上焊盘相连；透镜座3包含十二路并行双球面透镜阵列3-1，其中，透镜两端的球面分别与VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5和模块外的MPO光纤连接器进行耦合，十二路透镜呈直线等距排列，各透镜间的中心距为0.25mm，透镜的内端面各路光口分别与VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5的每一路光敏面进行光学耦合，透镜的外端面光口与MPO标准的连接器接口兼容。为便于光连接器部分的封装，减小封装尺寸，PCB板1包括刚性PCB板部1-1和柔性PCB板部1-2，可由刚性电路板和柔性电路板拼接，或者直接采用整体的刚柔结合电路板，电连接器8位于刚性PCB板部1-1上；而柔性PCB板部1-2固连有一个金属补强板4，其与柔性PCB板部1-2平行设置，金属补强板4上具有一个条形凸台4-2，其呈U字形轨迹弯曲延伸，中间围成有第一定位槽4-3，透镜座3卡设在第一定位槽4-3内并通过结构胶进行固定；第一定位槽4-3内设有第二定位槽4-1及导针安装通孔4-4，激光器和/或探测器阵列5通过高精度贴片机粘贴在第二定位槽4-1内，驱动芯片6也由高精度贴片机粘贴在金属补强板4上，位于激光器和/或探测器阵列5的一侧，由于金属补强板4与驱动芯片6的热膨胀系数相近，即二者热匹配性能良好，能够便于与驱动芯片6的贴合安装，防止由于热胀冷缩拉坏或挤压驱动芯片，其可选用钨铜复合金属板等；第二定位槽4-1在第一定位槽4-3内的具体设计位置以实现在保证透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5在X轴和Y轴的光学尺寸对准的基础上，透镜座3正好卡设在第一定位槽后，透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5能够在Z轴上对准为准。同时参照图6，柔性PCB板部1-2上对应设有将条形凸台4-2、激光器和/或探测器阵列5及驱动芯片6露出的定位孔1-4，便于透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5对准耦合，定位孔1-4的形状优选与条形凸台4-2及驱动芯片6在金属补强板4上所占区域形状相适配，以便对条形凸台4-2及驱动芯片6进行定位，确保柔性PCB板部1-2与金属补强板4装配位置准确，提高装配效率。另外，在透镜座3上与导针安装通孔4-4对应位置处设有导针装配孔3-2，导针7的一端穿过导针安装通孔4-4、定位孔1-4和导针装配孔3-2，且与导针装配孔3-2过渡配合，并与导针安装通孔4-4间由结构胶粘接固定，实现导针7的固定。

具体而言，本实施例并行光组件在制作过程中，由于激光器和/或探测器阵列5和驱动芯片6已由高精度贴片机粘贴在金属补强板4的相应位置上，然后采用微米级的高精度贴片机拾取透镜座3，使其各路透镜光口中心分别与激光器和/或探测器阵列5的光敏面中心进行对准，微米级的高精度贴片机可以保证透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5在X轴和Y轴的光学尺寸对准；同时，将透镜座3卡设在第一定位槽4-3内，能够对透镜座3进行Z方向的限位，实现透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5在Z轴的光学尺寸对准，从而实现透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5的无源耦合对准，无源耦合效率高，精度高，操作简单。另外，PCB板1的柔性PCB板部1-2可以弯曲或折叠，则安装有光连接器的金属补强板4可随柔性PCB板部1-2弯曲或折叠，使光口封装部的光连接器能够达到最方便的装配角度和位置，快速装配，提高装配效率，且有利于减小封装尺寸，形成了元器件的高密度分布，增强环境适应能力。

另外，在图6所示的PCB板结构中，在刚性PCB板部1-1上还设置有电路板定位孔1-6、前端螺钉固定孔1-3和后端螺钉固定孔1-5，电路板定位孔1-6可以保证封装时并行光收发组件与外壳之间的准确位置，同时方便PCB板1的安装与固定，前端螺钉固定孔1-3的作用在于通过一字平头紧定螺钉固定刚性PCB板部1-1的前端部分，后端螺钉固定孔1-5的作用在于通过十字槽圆柱头螺钉固定刚性PCB板部1-1的后端部分，实现PCB板1的整体安装固定。

本实施例中导针7的数量为两个，平行设置，导针安装通孔4-4对应为两个，分别位于第二定位槽4-1的两端处，激光器和/或探测器阵列5的直线阵列方向与两个导针安装通孔4-4的圆心连线平行，则在粘贴激光器和/或探测器阵列5时，能够以两个导针安装通孔4-4的圆心连线为基准，便于激光器和/或探测器阵列5的定位，提高定位精度和定位效率。同时，两根导针7由一导针架9固定，具体地，导针7未穿过导针安装通孔4-4和导针装配孔3-2的一端卡装在该导针架9上，导针架9能够进一步提高导针7的固定稳定性，防止导针7脱落，当导针7固定到位时，导针架9抵靠在金属补强板4上。

进一步地，如图3所示，金属补强板4上还具有一凸起平台4-6，凸起平台4-6位于第一定位槽4-3内，其四周侧面与条形凸台4-2的内侧面底端固连为一体，第一定位槽4-3由条形凸台4-2和凸起平台4-6围成，凸起平台4-6的表面即为放置透镜座3的光学平面，第二定位槽4-1形成在凸起平台4-6上；在凸起平台4-6的各侧边中，位于第二定位槽4-1与驱动芯片6之间的该侧边上设有第三定位槽4-7，驱动芯片6的一侧边卡设在第三定位槽4-7内。通过设置凸起平台4-6便于设置用于卡装驱动芯片6一侧的第三定位槽4-7，第三定位槽4-7对驱动芯片6的安装起到精确定位作用，则进一步提高了光连接器整体的定位精度，提高耦合精度。

基于以上技术方案，可选的，如图1、2所示，同时参照图4和图5，柔性PCB板部1-2的背离金属补强板4的表面上设有透镜盖板2，透镜盖板2与金属补强板4固定连接，透镜盖板上设有露出透镜座3及条形凸台4-2的透镜窗口2-3，透镜座3在透镜窗口2-3内与透镜盖板2固连为一体，且透镜窗口2-3与条形凸台4-2的外围边缘进行配合，以提高透镜盖板2与金属补强板4的定位准确性。具体而言，透镜盖板2起到进一步固定透镜座3，以及用来保护和密封激光器和/或探测器阵列5、驱动芯片6和金线的作用，其与金属补强板4的固定连接可以采用螺钉紧固或者胶粘的形式。

进一步地，如图1和图4所示，在透镜盖板2上还设有位于透镜窗口2-3内的限位筋2-1，限位筋2-1具有限位槽2-6，限位槽2-6的形状与透镜座3的至少一部分侧面轮廓相适配，透镜座3的该部分侧面卡设在限位槽2-6内，并由限位筋2-1处填充结构胶将透镜座3与透镜盖板2固连为一体，通过填充结构胶的形式实现透镜座3和透镜盖板2的固定连接，操作简单，无需在相应部件上设置固定结构，且结构胶绝缘；同时，如图4所示，透镜盖板2的另一面上还设有用于避让驱动芯片6的避让槽2-5，防止透镜盖板2装配到位后压坏驱动芯片6。

进一步地，在透镜盖板2的侧面上设有豁口2-2，豁口2-2处填充有结构胶将透镜盖板2与金属补强板4固定连接，同样具有操作简单，无需加工固定结构，具有绝缘特性的积极效果。

为对透镜盖板2与金属补强板4的装配进行定位，在金属补强板4与透镜盖板2上设有相互配合的定位结构，由该定位结构实现二者的贴合定位。

具体地，如图3和图4所示，金属补强板4与透镜盖板2可以均为矩形板，定位结构为设置在金属补强板4四角处的豁口定位槽4-5和设置在透镜盖板2四角处的定位凸台2-4，定位凸台2-4嵌装在豁口定位槽4-5内实现定位；或者在金属补强板4四角处设置定位凸柱，而在透镜盖板2四角处设置定位孔，由定位孔套设在定位凸柱上实现定位。对于具体的定位结构，本实施例对此可不作具体限制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种并行光组件，包括PCB板、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列的透镜座、安装在PCB板上的光连接器和电连接器，所述光连接器包括导针、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列及对应的驱动芯片，其特征在于：所述PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，所述电连接器位于所述刚性PCB板部上；所述柔性PCB板部固连有一与其平行设置的金属补强板，所述金属补强板上具有一呈U字形轨迹弯曲的条形凸台，所述条形凸台中间围成有第一定位槽，所述透镜座卡设在所述第一定位槽内；所述第一定位槽内设有第二定位槽及导针安装通孔，所述激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在所述第二定位槽内，所述驱动芯片通过高精度贴片机粘贴在金属补强板上；所述柔性PCB板部上对应设有将所述条形凸台、激光器和/或探测器阵列及驱动芯片露出的定位孔，所述透镜阵列与所述激光器和/或探测器阵列对准耦合；所述透镜座上与所述导针安装通孔对应位置处设有导针装配孔，所述导针的一端穿过所述导针安装通孔、定位孔和导针装配孔，且与所述导针装配孔过渡配合，并与所述导针安装通孔间由结构胶粘接固定。

2.根据权利要求1所述的并行光组件，其特征在于：所述导针为平行设置的两个，其未穿过所述导针安装通孔的一端卡装在同一导针架上，所述导针架抵靠在所述金属补强板上；相应地，所述导针安装通孔为两个，分别位于所述第二定位槽两端处，所述激光器和/或探测器阵列的直线阵列方向与两所述导针安装通孔的圆心连线平行。

3.根据权利要求1所述的并行光组件，其特征在于：所述金属补强板上还具有一凸起平台，所述凸起平台位于所述第一定位槽内，其四周侧面与所述条形凸台的内侧面底端固连为一体，所述第一定位槽由所述条形凸台和所述凸起平台围成，所述凸起平台的表面为放置所述透镜座的光学平面，所述第二定位槽形成在所述凸起平台上；所述凸起平台的各侧边中，位于所述第二定位槽与所述驱动芯片之间的该侧边上设有第三定位槽，所述驱动芯片的一侧边卡设在所述第三定位槽内。

4.根据权利要求2所述的并行光组件，其特征在于：所述定位孔的形状与所述条形凸台及所述驱动芯片所占区域形状相适配。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的并行光组件，其特征在于：所述柔性PCB板部上与所述金属补强板相对的表面上设有透镜盖板，所述透镜盖板与所述金属补强板固定连接，所述透镜盖板上设有露出所述透镜座的透镜窗口，所述透镜座在所述透镜窗口内与所述透镜盖板固连为一体。

6.根据权利要求4所述的并行光组件，其特征在于：所述透镜盖板上设有位于透镜窗口内的限位筋，所述限位筋具有限位槽，所述限位槽的形状与所述透镜座的至少一部分侧面轮廓相适配，所述透镜座的该部分侧面卡设在所述限位槽内，并由所述限位筋处填充结构胶将所述透镜座与所述透镜盖板固连为一体；所述透镜盖板的上设有用于避让所述驱动芯片的避让槽。

7.根据权利要求6所述的并行光组件，其特征在于：所述透镜盖板的侧面上设有豁口，所述豁口处填充有结构胶将所述透镜盖板与所述金属补强板固定连接。

8.根据权利要求7所述的并行光组件，其特征在于：所述金属补强板与所述透镜盖板上设有相互配合的定位结构，所述金属补强板与所述透镜盖板通过所述定位结构贴合定位。

9.根据权利要求7所述的并行光组件，其特征在于：所述金属补强板与所述透镜盖板均为矩形板，所述定位结构为设置在所述金属补强板四角处的豁口定位槽和设置在所述透镜盖板四角处的定位凸台，所述定位凸台嵌装在所述豁口定位槽内。

10.根据权利要求6所述的并行光组件，其特征在于：所述金属补强板与所述透镜盖板均为矩形板，所述定位结构为设置在所述金属补强板四角处的定位凸柱和设置在所述透镜盖板四角处的定位孔，所述定位孔套设在所述定位凸柱上。