CN105408790A - 光连接器对准 - Google Patents

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Abstract

一种示例装置，包括联接到至少一条光缆的光连接器；联接到所述光连接器并且联接到所述至少一条光缆的光接口，所述光接口用于接收或传输光信号；以及可释放地联接到所述光连接器并且联接到基板的对准底梁，其中所述光接口与联接到所述基板的至少一个光学器件对准。

Description

光连接器对准
背景技术
光纤光学互连正在微型化并更为贴近集成电路。在一些情况下，包括诸如激光和光电二极管的有源光学元件的光学引擎(例如，用于将电子信号转换为光信号以及将光信号转换为电子信号的设备)可被直接焊接到半导体(例如，倒装芯片结构)的表面，以改进信号完整性并增加物理密度。这种共同封装的组装方法(电子器件和光学器件共享相同的电子包装)可使得难于定位光连接器与其通信的有源光学元件的光连接器，该光连接器可能要求光学对准至几微米内或者更小。
附图说明
为了更完全地理解各个实施例，现在参照以下结合附图所做的描述，在附图中：
图1A例示示例性印刷电路板组件(PCBA)；
图1B例示图1A的示例性PCBA的示例性光电二极管和示例性垂直腔面发射激光器(VCSEL)的阵列的近视图；
图2A例示根据本公开的包括示例性光连接器和示例性对准底梁的示例性光纤组件的第一透视图；
图2B例示图2A的示例性光纤组件的第二透视图；
图3例示图2A和图2B的示例性光纤组件和图1的示例性PCBA的透视图；
图4例示可释放地联接到一对示例性对准底梁的一对示例性光连接器的剖视图；
图5例示可释放地联接到示例性对准底梁的示例性光连接器的剖视图；和
图6例示对准光学器件和光纤连接器的示例性方法。
具体实施方式
在此描述的系统和方法可提供用于将光连接器对准到可能不具有任何其它可用参照物的光学元件(例如，激光器和光电二极管)的便宜的通用平台。在此描述的系统和方法还可使光连接器能够被移除并重新连接多次，而不显著降低对准精度。
图1A例示示例性印刷电路板组件(PCBA)100，包括中央专用集成电路(ASIC)110以及分别安装在ASIC和基板105上的光电二极管120的阵列和垂直腔面发射激光器(VCSEL)130的阵列。图1B例示图1A的ASIC110、光电二极管120和VCSEL130的近视图。
对准孔140可被形成在基板105中。对准孔140可用于为将其它设备安装在基板105上提供粗略对准特征部。这些其它设备可包括例如根据本公开的用于光纤连接器的对准底梁(alignmentcollar)。例如，为光纤连接器提供精确对准的对准底梁可包括将被一个或多个对准孔接纳的对准销。光纤连接器可被安装在VCSEL130上方，以便从VCSEL接收激光信号并将这些激光信号耦合到PCBA100的其它部件或者耦合到连接到例如光纤网络的其它器件。在其它示例中，光纤连接器可被安装在光电二极管120上方，以便将激光信号耦合到光电二极管120。
在此描述的系统和方法可为在共同封装的光学器件和光纤连接器之间建立精确的机械对准参照物提供实用且低成本的机构。例如，如图1A和图1B中例示，当光电二极管和VCSEL器件被直接附接到半导体芯片时，可能没有用于参照并附接光连接器的可用参照物(例如，机械参照物)。在此描述的系统和方法可提供例如对于倒装在包括集成电路(IC)的任意表面上的光学元件阵列能够被精确参照的通用机械参照物。
图2A例示根据本公开的包括示例性光连接器210和示例性对准底梁220的示例性光纤组件200的第一透视图。图2B例示图2A的示例性光纤组件200的第二透视图。在图2A和图2B中，示例性光连接器210和示例性对准底梁220被例示为分立的结构。包括多条单光纤的一个或多个光纤或光纤带230可被组装到示例性光连接器210中。光纤带230凭借一个或多个精确定位特征部(例如V型槽270)联接到光连接器210(参见图2B)，所述精确定位特征部可在制造期间通过诸如注射成型或者电子成形的工艺形成在连接器主体中。在精确定位特征部270中的光缆230的暴露端被精确定位并被光学联接到附接至光连接器210的光接口部分260。光接口部分260可包含诸如折射透镜和衍射透镜、光谱滤波器和反射器的各种元件，以变更(modify)在光纤和诸如上述光电二极管120或VCSEL130的一个或多个光学器件之间通信的光信号。
光连接器210利用互连框架250联接到可释放连接器240。示例性的可释放连接器240可包括拟被接纳至形成于对准底梁220中的空隙225中的夹片245。夹片245可被弹力加载，使得当光连接器被压到对准底梁220上时，夹片245展开以在空隙225上方通过对准底梁的一部分，并且随后夹片借助弹力保持在空隙220中。替代图2A和图2B中例示的示例性可释放连接器240，或者除了图2A和图2B中例示的示例性可释放连接器240之外，可使用其他形式的可释放连接器。
光连接器210可包括两个连接器对准销280，两个连接器对准销280被定位为，当光连接器210和对准底梁220凭借可释放连接器240可释放地联接时，插入形成于对准底梁220中的两个底梁孔290中。对准底梁220的下侧可包括两个底梁对准销295，两个底梁对准销295可被定位为插入形成于图1A和图1B的PCBA100的基板105中的对准孔140中的两个中。就此而言，底梁对准销295和对准孔140可例如用于对准底梁220向PCBA100的初始和/或粗略对准。对准孔还可用作用于将对准底梁220固定到PCBA100的粘合剂的固定点。此外，连接器210的下侧上的连接器对准销280和底梁孔290能够以可释放的方式用于光连接器210向对准底梁220的精确对准。
光连接器210的连接器对准销280与对准底梁220的底梁孔290形成高精度机械接口的一个示例。也可使用除了图2A和图2B中例示的示例性销-孔机械接口之外的其它机械接口。例如，可用于精确协同定位光连接器210和对准底梁的其它机械接口可包括球-坑接口、杆-槽接口等。
图3例示图2A和图2B的示例性光纤组件200和图1的示例性PCBA100的透视图。在图3中，对准底梁220被示出为附接到基板105，而光连接器210与对准底梁220脱开。在该图示中，对准底梁220已经在光电二极管120附近附接到基板105。对准底梁220可在光连接器210凭借可释放连接器140可释放地联接到对准底梁的情况下被附接。替代地，对准底梁220可在光连接器210与对准底梁分离的情况下附接到基板105。在附接过程中，底梁对准销295可被插入提供在基板105中靠近光电二极管120的一对对准孔140中。
在光对准过程期间，对准底梁220可相对于光电二极管120或VCSEL130精确定位(例如，对于多模光学通信小于10微米的位置误差，而对于单模光学通信小于1微米的误差)并且例如用诸如光固化胶或焊料的快速固化材料固定地附接到基板105。对准底梁可通过多种工艺定位，包括但不限于：i)无源对准，其中精密部件可卡合或以其它方式牢固地定位在一起，并且通过部件的配合实现精确对准；ii)视觉辅助对准，其中定位信息可由诸如摄像头的视觉设备提供；以及iii)有源对准，其中诸如激光器的有源设备被电激励以提供光信号，并且光连接器相对于光信号系统地移动以使得诸如连接到连接器中的一个或多个光纤的光功率计的测量设备能够确定已经到达最佳位置。在有源光学对准的情况下，光连接器210和对准底梁220可被对准到光学阵列(例如，光电二极管120或VCSEL130)，并且对准底梁220可被附接到基板105。替代地，在无源对准和视觉辅助对准的情况下，对准底梁220可被独立地对准并附接到基板105。光连接器210随后可从对准底梁220卸下并移除。可以添加二次材料(secondarymaterial)以加强对准底梁220与基板105之间的结合。
在光连接器210从对准底梁220卸下之后，PCBA100可经受诸如焊料附接的额外处理，而没有附接笨重的热敏光缆230和光连接器210。在适当的时候，光连接器210可被重新附接到对准底梁220，由此重新建立有源设备(例如光电二极管120和/或VCSEL130)与组装在光连接器210内的光纤之间的精确对准。
图4例示分别可释放地联接到一对对准底梁220-1和220-2的一对光连接器210-1和210-2的剖视图400。光连接器210-1可在光电二极管120的阵列上方对准，并且光连接器220-1可在VCSEL130上方对准。对准底梁220-1可被配置为具有在光电二极管120与联接到光连接器210-1的光接口260-1之间提供精确分离的厚度(垂直于基板105测得)。类似地，对准底梁220-2可被配置为具有在VCSEL130与联接到光连接器210-2的光接口260-2之间提供精确分离的厚度(垂直于基板105测得)。
图5例示可释放地联接到对准底梁220-1的光连接器210-1的剖视图500。可以看出，当光连接器210-1可释放地附接到对准底梁220-1时，连接器对准销280可被定位在底梁孔290内。
图6例示对准光学器件和光纤连接器的示例性方法600。在各种示例中，方法600可被执行以将光连接器210与诸如光电二极管120和/或VCSEL130的一个或多个光学元件对准并将对准底梁220中的一个附接到PCBA105的基板105，如以上参照图1-5描述的。现在将参照图1A、1B、2A和2B描述方法600。
在图6中例示的示例中，方法600可以以将一个或多个半导体器件和/或一个或多个光学器件安装在基板上(方框604)开始。例如，ASIC110和VCSEL130可被安装到基板105。光电二极管120可被例如以倒装方式安装到ASIC110。
一旦半导体器件和/或光学器件被安装在基板上，包括可释放地联接到对准底梁220的光连接器210的光纤组件200可与光学器件(例如，光电二极管120和/或VCSEL130)对准(方框608)。在第一示例中，可在光连接器210被联接到对准底梁220的情况下执行对准。在第二示例中，可在光连接器210从对准底梁220被卸下的情况下执行对准。该对准方法可包括有源对准方法，有源对准方法可包括在光连接器210被可释放地联接到对准底梁220的情况下将信号通过光缆230。对准还可包括利用例如摄像头的视觉辅助对准。对准还可包括利用例如基板105上的机械特征部的无源对准。
在方框612处，在方框608的对准之后，对准底梁220可被固定地附接到基板105。方框612处的附接可包括例如围绕对准底梁220的周界施加粘合剂。
在方框616处，光连接器210可与对准底梁220脱开。一旦脱开光连接器210，则在方框620处可执行PCBA100的部件上的附加处理。随着光连接器210与光缆230被移除，可以更少干扰地执行方框620的处理。在适当的时候，在方框624处，光连接器210可被重新联接到对准底梁。
在方框604-624处执行的功能可被重复，直至全部半导体器件、光学器件和光纤组件已经被附接到基板105和/或IC。图6中例示的方法600仅为示例并非限制性的。在各种示例中，例如可通过增加、移除、重新布置、组合和/或同时执行步骤或方框来改变方法600。
在此描述的各种示例以通常意义下的方法步骤或工序描述，在一个示例中可通过体现为机器可读介质的软件程序产品或组件(包括由网络环境中的实体执行的诸如程序代码的可执行指令)来实现。通常，程序模块可包括例行程序、程序、对象、组件、数据结构等，其可被设计为执行特定任务或实现特定抽象数据类型。可执行指令、关联数据结构和程序模块代表用于执行在此公开的方法的步骤的程序代码的示例。这种可执行指令或关联数据结构的特定顺序代表用于实现以这种步骤或工序描述的功能的对应动作的示例。
各种示例的软件实现可利用基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编码技术来完成以实现各种数据库检索步骤或工序、关联步骤或工序、对比步骤或工序以及决策步骤或工序。
为了例示和说明的目的已提供前述各个示例的描述。前述描述非旨在穷举或局限于所公开的示例，而且根据以上教导的修改和变型是可能的或可从各个示例的实践中获得。选择并描述在此讨论的示例以便解释本公开的各个示例及其实际应用的原理和本质，以使本领域的技术人员能够利用本公开的各个示例以及适于预期的特定用途的各种变型。在此描述的示例的特征可以方法、装置、模块、系统和计算机程序产品的所有可能组合的方式组合。
在此还应注意，虽然以上描述示例，这些描述不应以限定的意义来看待。反之，可做出许多变型和修改，而不脱离随附的权利要求书中限定的范围。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
联接到至少一条光纤的光连接器；
联接到所述光连接器并且联接到所述至少一条光纤的光接口，所述光接口用于接收或传输光信号；和
可释放地联接到所述光连接器并且联接到基板的对准底梁，其中所述光接口与联接到集成电路或所述基板的至少一个光学器件对准。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括联接到所述光连接器并且可释放地附接到所述对准底梁的可释放连接器。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述光连接器至少包括第一对准销，并且所述对准底梁至少包括第一孔，以当所述光连接器可释放地联接到所述对准底梁时接纳所述第一对准销。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述对准底梁至少包括第二对准销，当所述对准底梁被联接到所述基板时，所述第二对准销被定位在形成于所述基板中的孔中。
5.一种方法，包括：
将光纤组件与安装在集成电路或基板上的至少一个光学器件对准，所述光纤组件包括：
光连接器，和
可释放地联接到所述光连接器的对准底梁；
在对准所述光纤组件之后，将所述对准底梁固定地附接到所述基板；以及
将所述光连接器与所述对准底梁脱开。
6.如权利要求5所述的方法，其中固定地附接所述对准底梁包括围绕所述对准底梁的周界施加粘合剂。
7.如权利要求5所述的方法，进一步包括，在脱开所述光连接器之后在所述基板上执行附加的处理。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括，在执行所述附加的处理之后将所述光连接器重新联接到所述对准底梁。
9.如权利要求7所述的方法，其中在所述基板上执行附加的处理包括将一个或多个半导体或无源电子器件附接到所述基板。
10.如权利要求5所述的方法，进一步包括：
将所述至少一个光学器件安装在所述集成电路或基板上，其中所述光学器件包括光电二极管、倒装光电二极管、激光器和垂直腔面发射激光器(VCSEL)和倒装垂直腔面发射激光器中的至少一个。
11.如权利要求5所述的方法，其中所述光连接器被联接到至少一条光纤，并且对准所述光纤组件包括执行利用光缆中的光信号有源对准、利用所述基板上的机械特征部无源对准和利用摄像头视觉辅助对准中的至少一种。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述至少一个光学器件为以倒装方式组装在专用集成电路(ASIC)之上的光电二极管，并且对准所述光纤组件包括在所述光电二极管上方对准所述光连接器的光接口。
13.一种印刷电路板组件，包括：
基板或集成电路；
联接到所述集成电路或所述基板的光学器件；
固定地联接到所述基板的对准底梁；和
光纤组件，包括：
联接到至少一条光缆的光连接器，所述光连接器用于可释放地联接到所述对准底梁，和
联接到所述光连接器和所述至少一条光缆的光接口，当联接到所述对准底梁时，所述光接口执行从所述光学器件接收光信号和将光信号传输到所述光学器件中的至少一个。
14.如权利要求13所述的印刷电路板组件，其中所述光学器件为联接到专用集成电路(ASIC)的倒装光电二极管。
15.如权利要求13所述的印刷电路板组件，其中所述光学器件为垂直腔面发射激光器(VCSEL)或倒装垂直腔面发射激光器。
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