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Abstract

本发明涉及一种元件模块(70)，它包括至少一个 内或外载体衬底，至少一个电路(71)及相关元件(72) 或外围元件。电路(71)直接安装在载体衬底上，元件 模块(70)构成一密封装置，它可以直接安装在外部载 体衬底或印刷电路板上，它具有标准电路的外形和尺 寸，元件模块至少在一个方向上其主要部分被基本封 装起来。本发明还涉及一种本质上构成一个元件模 块的收发信机模块。

Description

本发明涉及一种元件模块，它包括至少一个内部或外部的载体衬底，至少一个电路，该电路有属于自己的元件及附属元件。还涉及一种收发信机模块，它包括至少一个内部或外部载体衬底、一个发射机单元、一个接收机单元、一个光学单元及用于与外部载体衬底连接的连接装置。在制造不同的元件时，如光学器件、或者小的振荡器、滤波器、功率单元或匹配单元等时，尽可能地缩短电路和元件之间的距离是十分重要的，这样才能减小几何尺寸以保证优良的电气性能、减少所需的空间，以及降低寄生电容等等。同样，制造方法的经济性也是十分重要的。例如，涉及到光学元件时，特别是在高速的情况下，要求是很高的。出于经济的原因，总是希望尽量使用传统的制造方法，但在高速的情况下，这就会带来由于物理尺寸增大而引起的各种问题。
电路与元件之间的距离尽量短这一要求很难和密封元件的要求结合起来，后者可提供良好的环境保护。这就意味着，或者牺牲最短距离的原则，或者牺牲密封的原则，或者两方面都做出一定的让步，取得折衷的方案。几何尺寸过大会造成性能下降。另外很重要的一点是：制造方法应尽量使对元件的检测可以方便且经济地进行，这样可以降低报废损失。假如检验只能在较高的级别或接近完成的产品上进行，报废损失将是比较大的。在生产批量较小时，尤其如此。
上面所述对各种元件都是适用的，对于收发信机也是如此。一般情况下，电路安装在传统的标准机壳中，但如果是安装在印刷电路板上并从那里连接由电路驱动的光学部件，那么电路与周围元件的距离往往很大。于是在光导纤维高速联接的构造上，就会产生上述的许多问题，考虑到供给电压的退耦，减小几何尺寸以优化电气性能、降低电磁干扰以及减小所需空间等等，还会进一步产生出一系列的问题来。这样制造的成本往往较高，而且由于难以在早期对有关元件进行检测，其成本会进一步提高。
对于不同的元件有着不同的制造方法。一个目标是要使电路和元件间的距离尽量短，同时，元件要被密封起来，建立起良好的环境保护。（在元件中可以包括光导纤维器件，但对于其它器件也是一样的）。人们尝试使用两种不同的方法来解决这个问题。其中一种方法的出发点是：使元件在不被密封的条件下来求得最短的距离，这是从电气的角度进行的优化，然后将元件和电路一起，统一地密封起来。
在一个实施例中，使用了柯伐合金的大密封壳，光学元件不经密封可安装于其中，电路和必需的元件则安装在陶瓷衬底上。这种办法在电气性能上是令人满意的，但成本却很高，因为衬底是陶瓷做的，而且是针对某一种实现而特殊制造的，另外，它还需要一个密封壳把全部东西都密封起来。采用这种制造方法在涉及到检验时还会产生进一步的问题，因为在整个功能块基本完成之前很难进行任何检验，因此出现错误将造成整个功能块的报废，所以报废损失十分大。
另一种制造方法是把元件分别地密封起来，然后根据实际的允许将它们放置得尽可能地靠近。这种选择方法的基础是尽可能多地使用标准化元件，标准化元件可以事先检测以降低成本，但由于几何尺寸过大和距离过长，整个性能会有所下降。
在一种收发信机的模块中，光学元件不密封并以波长分离多路转换器模块（WDI模块）的形式装在一起，这个模块与电子发射机和接收机模块一同安装在密封的柯伐合金壳中。在一个已知的实施例中，电子模块制作在陶瓷衬底上并相互连接起来而不焊在一起。这种制造方法既复杂又昂贵，因此制造出的收发信机也是既复杂又昂贵。
在另外一种已知的装置中，连接是采用传统制造的收发信机板，因而相对较便宜，并且采用普通商业元件。但是这种装置性能差，主要是由于元件之间的距离过长。另外，连接需要很大空间。
EP-A-O    437    161展示了由这种双面安装带屏敞的方法制造的收发信机。这种收发信机中，电路和光学元件的距离太大了，并且收发信机本身也不可能达到我们所希望的那样小巧。在高速的时候，装置将变得更加复杂，而且在高速情况下，采用电路板连接本身就是不利的。
本发明的目的是要提供一种元件模块，它尺寸小、便宜易装配，可以满足高要求，可以在制造工艺中作为一种传统元件来处理，或做为一种标准制造工艺，采用它不会对制造工艺的性能产生任何影响。本发明的另一个目的是提供一种元件模块，它在高速情况下仍能达到高性能，易于安装，并且能够与大量其它元件模块一起安装。本发明的另一目的是提供一种元件模块，它为制造工艺提供了一种易于检测的方法，因为通过所谓的标准接口，各种功能的元件模块都可以被检测。
本发明的目的还在于提供一种元件模块，它尽可能的通用，因此能适于多种不同的应用，这是因为对每一类型的元件模块都可以批量生产。本发明的目的还在于提供一种元件模块，它可以以多种不同方式成形，并可应用于多种不同领域，可以方便地检测，并且很便宜，因此不需在电路级别上进行检测就可以报废。
另外，本发明所提供的元件模块可以产生电子优化的制造工艺。
本发明的另一个目的是提供一种满足上述要求的发射机、接收机和收发信机，并由此得到一种便宜、高性能的连接方法。另一个目的是提供一种在发射机和接收机之间有良好屏敞的收发信机。
根据发明所特别提供的一种元件模块，其高性能的要求集中在几何尺寸小的外观上。特别地，元件模块具有无引线芯片载体（Lead-Less    Chip    Carrier）标准电路（LCC电路）或焊盘区阵列（Pad    Area    Array）标准电路（PAA电路）的外部尺寸和外形。它们通常是由陶瓷制成的，其热膨胀系数与塑料电路板的不同。在一种推荐的实施例中，使用塑料而不使用陶瓷，这样就是在塑料上使用塑料，具有一定的优越性，可以避免热膨胀带来的问题。但是，多层陶瓷也具有其优越性，它可使模块做得更大。元件模块必定包含一块小的载体衬底，它由印刷电路板组成，如塑料薄板或其它任何材料，元件模块电路是通过所谓“板上芯片”（COB技术）技术，与其它所需元件一起安装在上面。元件模块很容易用一滴保护性塑料覆盖，由它来提供密封，并且至少对于传统的塑料密封来说，提供了良好的环境保护。
通过采用COB技术，可以在物理上缩小尺寸和减小元件间的距离，因为元件不经密封直接安放在载体衬底或印刷电路板上。对于一种带细引线的元件模块，其地线和电源层安排在彼此的上面，并包括很小的元件以及被如塑料滴等物质所覆盖且其外部有标准甲酸盐所组成的标准封装的集成电路，当采用一个可以同其它任何封装元件一起安装的元件模块时，就从电气方面很好地解决了这个问题。例如，它可以用普通工艺来进行安装，可以借助测试封装元件的传统工具来进行测试等等。通过本发明所提供的一种模块，现在的有关封装/元件的定义被扩展了，因为元件模块既包括载体衬底又包括元件和电路。在有关光学方面的应用中，光学器件直接与元件模块连接或直接安装在它上面。
根据本发明，可以有多种不同方法来形成元件模块。其中，载体衬底可以采用多种不同方法来制造，例如，可以使用与为印刷板所使用的标准材料所不同的材料，例如，可以使用在高速时比普通材料性能要好的材料。还有可能将一些不同的简单元件直接集成在载体衬底上，例如小的电容或电感可以直接做在载体衬底的印刷线路上。还有可能根据布线、电源电压退耦等具体要求，载体衬底上可有不同数量的引线层。特别地，载体衬底可以包括几层，相互之间距离很近。关于载体衬底的不同形式还包括它可以有不同的外形尺寸以及触点之间距离不同等等。但是，通过使用标准封装所规定的尺寸，使模块适用于标准插口和检测插口、安装机及检测设备等等。通过使用多层结构并附加很薄的隔离层，可以使电源层达到很好的退耦，同时地线层电阻很小。因此，电路板可用来做电容。根据本发明，有关的线路都被埋藏起来，并且可以很方便地通过热过孔使电路散热，以补偿塑料传热性差的缺点，这是十分有利的。
根据本发明，可以用已知的办法用细铝丝把电路固定在载体衬底上。即将细铝丝的一端焊接在电路的连接点焊盘上，而将另一端焊在载体衬底的连接点焊盘上。根据本发明，在另一种实施例中，另一种好的方法是：通过例如所谓倒装片法来连接电路和载体衬底，这时电路被颠倒过来，因此衬底的连接点焊盘直接放在电路连接点焊盘下面，然后通过位于电路或衬底连接点焊盘上的小球来实现二者的连接，这样可使元件模块进一步减小。对于光学的特殊实施例，封装元件可直接安装在元件模块上。
根据本发明，希望进一步尽可能提高集成度，即除了那些并非必需而只是为了获得优良电气性能的电路外，元件应放在模块中，并且载体衬底应该经过修改以适应要求的性能和相应的成本，即衬底可被修改成由不同的层组成并有不同的功能，以达到适当的使用级别。
根据本发明的一个实施例是一个发射机模块，具体地说，包括发射机电路及必需的外围元件，如实现退耦、接负载等功能的元件。发射机电路本身包括供电、时钟、控制等部分。另外，元件模块也可是一个接收机模块，具体地说，包括接收电路及必需的外围元件。实现退耦、外时间常数等功能，接收器电路则包括滤波器、判定电路、时钟恢复电路等。根据本发明，提出了一种收发信机模块，它包括一个发射机模块和一个接收机模块，并可以说形成了一个包括光-电和电-光转换的光纤连接端口。电-光转换由发射机模块提供，其中包括发射二极管（如激光二极管LD或发光二极管LED）。光-电转换由接收机模块以同样的方式提供，其中包括接收二极管（如正-本-负（PIN）二极管）。特别地，发射二极管、接收二极管、波长分离多路转换器和光纤连接器可以认为形成了一个波长分离多路转换器单元。这个单元可认为形成了一个光学部件。根据本发明，分别使用标准封装的发射和接收二极管是十分方便的，特别是TO-18封装。
在收发信机模块的一个实施例中，发射机模块装在其上部而接收机模块装在其下部。波长分离多路转换器的安装最好能使接收二极管（可以是PIN二极管）装在边上，并能使此二极管通过收发信机模块的载体衬底上的一个孔插入。这个衬底外部是信号层，中间有电源层和地线层，它们可提供发射和接收部分间的屏蔽。把收发信机模块安装在一块大电路板上，通过模块上部的屏蔽则可使接收机部分得到很好的屏蔽。还可在边上安排引线，并可利用这块板做为地线层的基础。这样，光学元件就可以直接分别接在发射机和收发信机模块上。而不必再通过收发信机的载体衬底。根据本发明，进一步地还可以把发射机和接收机模块、以及波长分离多路转换器单元直接装在一块大电路板上，即不需要收发信机模块的载体衬底。这样，发射机和接收机模块以相同的方式分别安装在板的两面。即使在这种情况下，发射和接收部分间也能有良好的屏蔽，因为地线层很大且向外延伸。另外，也可能采用所谓的复合安装。
另外，也有可能把发射机模块和接收机模块安装在收发信机衬底的同一侧。这需要把波长信号分别器旋转90°。另外，也可能把全部元件直接安装在大电路板上，而不使用收发信机模块的载体衬底。
根据本发明，把多个发射机模块，接收机模块和波长分离多路转换器单元安装在同一个收发信机的载体衬底上也是可能的。
下面将根据附图对本发明做进一步解释性的描述，而不是限制性的。
图1a说明了一个六层结构的接收机模块的顶部的例子。
图1b说明了图1a所示接收机模块的第2层。
图1c说明了图1a所示接收机模块的第3层。
图1d说明了图1a所示的接收模块的第4层。
图1e说明了图1a所示的接收模块的第5层。
图1f说明了图1a所示的接收模块的第6层。
图2a说明了一个也是六层结构的发射机模块的顶部即第1层的例子。
图2b说明了由图2a所示的接收模块的第3层的例子。
图3概要地说明了一个八层的元件模块（COB模块）的例子。
图4a是收发信机模块的第一个例子的俯视图。
图4b是图4a所示收发信机模块的侧视图。
图5a是收发信机模块第二个实施例的俯视图。
图5b是图5a所示收发信机模块的侧视图。
图6说明了平面安装的收发信机模块。
图7a显示的是光学元件直接安装在其上的发射机模块。
图7b显示了一个表面装着光学元件的接收机模块。
图8a显示了一个在载体衬底上集成了如电感等元件的元件模块的例子。
图8b是环形线的剖面图和另一比例下的屏蔽层图。
根据本发明，一个元件模块可以由多种不同方法组成，并实现光学或其它方面的不同功能和目的。
在图1a-1f中，接收机模块10这个元件模块将被逐层地加以描述。在图1a中描述了接收机模块10的顶部或称顶层1，以及接收机电路M。这最上一层可以称为元件层或元件面，在上面要连接不同的元件，特别地，可以是此实施例中的光学元件。接收机模块10包括六层，分别是1，2，3，4，5，6，芯片则以COB（板上芯片）的方式安装。芯片由塑料滴进行保护，如利用环氧树脂。顶层的金属层（例如100μm）包括一些热过孔，见31a（图3），它们从顶层1向下一直通到地线层6。元件模块10有触点在其边上，可用于表面安装。特别地，载体衬底非常薄，例如只有1mm，以保证供电层有尽可能低的电阻和尽可能高的电容。围绕芯片的边界可连接多个不同的信号。A和K分别表示正、负极，它们形成了数据输入，而DO和NDO则各自代表数据输出。在图中，CO和NCO则分别代表时钟输出，VEE表示与地线层连接（图中没有全部标出）。不同的VCC层构成了不同的供电层。正负极的连接点（焊盘）是用来连接（例如焊接）光学元件的，因此不应被塑料滴，即封装所覆盖。
在元件模块周边的连接点上所有半圆形的凹槽9形成了半个过孔，与1-6各层相连，过孔的外半部分被切去了。
对于不同的地线和电源层间的连接，既可通过上述连接点上的过孔，也可通过层中的过孔来实现。对于地线层，也可利用热过孔进行连接。
图1b说明了构成地线层VEE的第2层，用浅阴影表示。第2层直接放在顶层的下面，顶层也就是接触层或称信号层。开口14是为了减小元件层1和地线层2之间的电容耦合。每个供电层的面积应尽可能取大，以获得供电层间最大的电容耦合。与前图相同，A，K表示数据入口，DO，NDO表示数据出口，CO和NCO表示时钟输出。衬底包括过孔12，而VCC过孔则被安排在开口13处，因而不与当前层第2层相连。图1C说明了电源层或称供电层3，它称做VCCA层，是一个模拟电压层。VCCD层的开口14′比VEE的开口14要大一些，以保证对于VCCD层的耦合远小于对VEE层的耦合。与图1b相似，在开口处13′的过孔不和VCC层相连，这一点与12′的过孔不同。同前面图1a和1b一样，数据入口、数据出口和时钟输出都分别被表示出来了。第3层VCCA在15′处与接触层连接的方式类似于地线层VEE2在标记为15的连接点焊盘（未全部标出）的连接方式。图1d再次显示了一个地线层，第4层VEE，图中涂以浅色的阴影。与前面各图类似，图中说明了数据入口、数据出口以及时钟输出，第4层在标记为15″的连接点处进行连接。开口14″是为了减小接收机模块的接触层6和电源层2-6之间的电容耦合。圆圈（无周围开口）表示连接第四层的过孔。在各图中，统一用12表示与该层连接的过孔，12′表示不与该层接触的过孔，与前图一样，缺口13中的过孔12′不和第4层连接。15″表示接触点焊盘。图1e所示为电源层，包括模拟电源层VCCA，5a和数字电源层VCCD，5b。数据输入、数据输出及时钟输出的表示法与前图类似。在VCCD平面中的开口14″′比VEE的开口14″要大，目的是要使对VCCD平面的耦合远小于对VEE平面即第4层地线层的耦合。两个电源层5a和5b分别在接触点15a″和15b″处以及上述各层间的过孔与接收层1相连。图1f所示为第6层即底层，或称接触层，它是个地线层（VEE）。不与底层第6层相连的过孔，在5a或5b层（或更前面的层）就终止了，形成了所谓有盲过孔。第6层，VEE层，较大，引导热量传到外部载体衬底。图中没有表示出来。这一层的接触点焊盘9′较大，因为它们要与母板或外部载体衬底相连。
图2a所示的元件模块是一个发射机模块2，它对应于图1a-1f所示的接收机模块。顶层1′形成了顶面，即元件面，以阴影表示。中间放置着发射机电路S。CK和NCK分别为时钟入口，DI和NDI表示数据输入，K1和A1表示数据输出而Kpin和Apin表示数据输入，L表示激光二极管，PIN表示正-本-负二极管。使用一个PIN接收二极管的原因是要监测激光二极管所发射的光。元件可以包括电阻，电容等，并可利用塑料滴或其它来提供元件模块的封装。一般结构性元件要被保护起来，在这个实施例中，如图2a所示，接触点K1，A1，Kpin，Apin是未被保护的。对图1a所示的例子，情况是一样的。在其它方面，本图都类似于前述有关接收机模块10的图。图2b做为一个例子，显示的是一个中间的电源层，第3′层，它由VCCD层3a′和VCCM层3b′组成。3a′层和3b′层都表示为深阴影，浅阴影表示的是第2′层，即地线层VEE。VCCD层的开口18比VEE层的开口19要大，这是为了保证对VCCD层的耦合比对VEE层的耦合要小。另外，如图2b所示，信号也可经过孔16引入层中，过孔16在第3′层就终止了。
发射机模块20的其它各层未画出，但它们的结构同前述接收机模块10是类似的。
图3概略地表示了一个基于多层结构的元件模块的例子。对于后面将描述的收发信机模块，其各层的基本形态与此是类似的。在本例中，共有8层，顶层为信号层或称元件层，下面是一些电源层和地线层，VEE与供电层VCC交替出现，直到最底层VEE，VEE形成了与外部载体衬底或印刷电路板的接触层，没有在图中画出衬底或印刷电路板。在图中，浅色阴影表示VCC层，深色阴影表示VEE层。通过各层还有所谓热过孔31a，以提供散热和层间的电耦合。其它的过孔30a是盲过孔或暗过孔。集成电路通过细丝33a与元件层连接。隔离层32a安排在不同的电源层之间。在图中标记C处，表示了安装在元件层上的电容，其它元件，如电感等，当然也是可能的。极薄的隔离层32a可以由诸如塑料薄板或玻璃纤维薄板所组成。不同的信号主要出现在顶层，即信号层或称元件层，但是，如上所述，也可以出现在中间层中。对于元件模块，除了可采用LCC或PAA甲酸盐表面安装外，在另一个实施例中也可使用管脚或引线的孔安装，管脚（引线）可以安装在元件模块的一个或几个侧面上。
根据本发明的一个实施例，收发信机或称收发信机模块50a，它包括接收机模块10a，发射机模块20a和波长分离多路转换器单元25a等不同的单元或元件模块。一般地说，收发信机本身也可称作收发信机模块。图4a是这个收发信机模块50a的俯视图，图4b是其侧视图。501a说明了用于光纤连接的细丝，502说明了用于光纤连接的孔，或称插座连接。发射和接收机模块都被塑料封装所覆盖，如503a的塑料滴。发射模块20a和接收机模块10a都安装在载体衬底500a上。一般来说，发射机模块20a、接收机模块10a和波长分离多路转换器单元25a这三个子模块既可安在内部载体衬底上，也可直接安在外载体衬底上（印刷电路板载体）。在图4a的实施例中，发射机模块20a和接收机模块10a分别安装在载体衬底500a的上面和下面。在塑料封装503a上安排有开口504a，以形成模块的接触点焊盘。图中510a表示电路。图4a和4b进一步说明了发射二极管511a，它包括一个激光二极管LD或发光二极管LED，以及一个监视二极管，即起控制作用的PIN二极管，另外还有接收二极管512a（PIN）。发射和接收二极管分别通过引线513a和514a装在发射机模块20a接收机模块10a上，特别是装在模块的上部。发射和接收二极管511a和512b都是波长分离多路转换器单元的一部分，信号直接与发射和接收机模块510a和511a相连。在这个实施例中，连接引线508a焊在元件模块（或COB模块）收发信机模块50a上。
在此实施例中，收发信机模块50a;50b;50c可形成相应的发射和接收机模块，发射机模块包括发射机及相关的元件和电路，接收机模块与图4;4b;5a;5;6所示模块类似，此处略去。在接收机模块中，有关发射机的电路和元件等被略去了。尽管未在图中表出，其工作原理无疑是清楚的。
图5a和5b说明了另一收发信机模块50b（如上述，它也可是一个发射机或接收机模块），其接收机模块10b和发射机模块20b分别安置在载体衬底500b的下面和上面。与图4a和4b的说明类似，接收和发射同模块10b与20b被塑料封装503b所覆盖，并留出缺口504b以提供接触区。同样地，接收二极管513b（PIN）通过引线514b与接收机模块10b相连，发射二极管511b通过引线513b与发射机模块20b相连。在这个例子中，发射二极管511b也包括一个LD和LED，以及一个PIN型的监视二极管来执行控制功能。连接引线508b构成了与外部载体衬底或印刷电路板（未示出）的连接。在图示的实施例中，使用了引线连接501b。在这两种情况中，发射和接收机模块都分别安装在载体衬底的两侧，或者是正对着，或者隔开一段距离。图6概略地说明了另一实施例，其发射机模块20c和接收机模块10c装在载体衬底500c的同一侧。这样，波长分离多路转换器单元就必须绕光纤轴旋转90°。在其它方面，本图与前图类似，即位于发射、接收机模块20c、10c之间的引线513c、514c，发射、接收二极管511c、512c，发射机电路510c和接收机电路510c′等，可参阅前述有关发射机和接收机模块的实施例。
图7a和7b简要地说明了另一个实施例，这里光学元件可直接装在元件模块的上部。光纤可通过一个小的接触点与光学元件连接。图7a为发射机模块70，它是装在印刷电路板上的COB模块，它包含一个六层或八层的衬底，芯片以COB方式连接。该元件模块由环氧树脂等塑料滴所保护，图中未示出。该模块需采用表面安装，其边缘有接触点79。
发射机模块包括一个发射机电路71和一个直接安装在MT-连接器或MT-装置72，包括一个LD和LED（未示出）。根据不同的情况，MT-装置可能包括一个波长分离多路转换器。对应于图7a的发射机模块70，图7b中有接收机模块80。载体衬底（PCB）包括一个传统的六层或八层板（对与其它实施例也可能是其它），芯片以COB方式安装，芯片和元件都由塑料滴或环氧树脂所密封。与图7a一样，接收机模块80在周边留有接触点89，可用于表面安装。本实施例中，表面安装或直接安装的MT-装置82包括一个PIN二极管，另外，在模块中还集成了一块接触晶体83。一个元件模块也可包括相应的多个接收机和发射机，分别接在不同的光纤上。而且，MT装置72;82也可以包括多个发射和接收机。
图8a和8b是一个非光学情况下应用元件模块概念的实施例。在光学和非光学领域可以有许多应用，这里仅是一个例子。元件模块90是集成元件类型的，其元件集成或埋置在载体衬底95上。与前面各图所描述的元件模块类似，载体衬底可以是传统的六层或八层，电路用COB技术安装，由电路98和其它元件所组成的元件模块被塑料滴或环氧树脂所保护。元件模块90可以表面安装，其周边有接触点99。电路98和表面滤波器92（SAW，表面声波）组成一个振荡器，它装在元件模块90的上部或埋在表面下，补偿电感93集成并安装在模块中的载体衬底95上。电感93为环状线圈并被载体衬底95的外层所保护。线圈93是以电路的形式直接装上的。图8b表示了八匝的电感93的截面图，它由载体衬底的两个内层形成，这两层的电路图形不同，通过过孔97连接。通过中间的过孔97′，可以与上部的信号层相连。在一个未画出的实施例中，在衬底上连接细丝而形成环形线圈，用于表面安装。因此，可以增加匝数，并且，通过焊接来连接电路的同时制作电感/环形线圈。
以上讨论的是光学和非光学方面的应用例子。在这两种情况下，元件都可以直接连接或安装在元件模块上。通过本发明，现在流行的封装/元件的传统概含被扩展了，因为元件模块包括了载体衬底，电路板以及元件和电路。通过COB技术，电路直接安装在载体衬底或印刷电路板上而不事先封装，模块内部有多个地线层和电源层，各层上有很小的元件以及外围元件，并包含至少一片集成电路，然后，除了接口处，其余部分全被保护材料如塑料滴所密封。显然，如果元件模块（如收发信机模块）具有标准的外形和封装，将是十分方便的。如果安装在模块中的元件更小，则模块电性能将更高。如果不使用电路和载体衬底焊接的方法，而使用倒装片技术，可进一步缩小元件模块的尺寸，因为这种技术无需在电路外边留出焊盘等连接点的空间。元件模块的尺寸是几平方厘米或更大或更小，例如，一个发射或接收机模块的尺寸是0.5×0.5，也可以再大些，而一个发射二极和就有5-8mm，再如，含有MT装置的收发信机尺寸较小，只有2-4cm2，这只是几个例子，实际尺寸要视性能、功能等而定。
在这个实施例中，接收机模块50a;50b中的光学元件，例如发射二极管511a;511b（LD或LED）和接收二极管（PIN）512a;512b都采用标准封装TO-18进行密封。收发信机模块50a;50b采用双面安装法来安装波长分离多路转换器单元25a;25b。它要使边上的接收二极管通过载体衬底500a上的孔可向下插入，该载体衬底500a，500b的外侧是信号引线层，中间是地线层和电源层，可以提供发射和接收部分间的屏蔽。将收发信机模块50a;50b安装在外板上，可以使接收部分得到完全的屏蔽，这是由于收发信机模块可提供上面的屏蔽，引线508a;508b屏蔽侧面，下面是外板中的地线层。因此，光学元件可直接分别装在发射机模块20a;20b上和接收机模块10a;10b上，而不需要通过收发信机50a的载体衬底500a和500b。
在另一个实施例中（未示出），发射和接收机模块以及波长分离多路转换器单元都直接安装在一块外板上，即不使用载体衬底。与上述情况类似，发射和接收模块分别装在外载体衬底的两侧。此时，发射和接收部分间也能得到良好的屏蔽，因为两者中间的地线层较大且向外延伸。在另一个实施例中，外板上安装了多人发射和接收模块以及WDM。在图6所示的实施例中，发射模块20c和接收模块20c装在收发信机载体衬底500c的同一侧，因此波长分离多路转换器单元25c要绕光纤轴旋转90°，这样，接收二极管512c才能在衬底500c上与发射模块20c和接收模块10c装在同一侧。与图4a;4b;5a;5b类似，发射二极管511c和连接引线513c和514c连接在发射和接收模块20c，10c上。图6中概要表示了电路510c，510c′。采用平面结构在外板上直接安装，而不使用载体衬底500c也是可以的。另外一种常见的形式是：不使用平面安装，在一个载体衬底上安排多个发射和接收模块及波长分离多路转换器单元。
前述WDM单元都利用两根光纤，每根对应于一个方向，在另一个实施例中（未示出），一个或多个发射机模块排列在收发信机的载体衬底一侧，一个或多个接收机模块排在另一侧，每一方向上都有多根光纤。在另一个实施例中，使用单向连接器，收发信机的载体衬底双面都装有发射模块和接收模块和接收模块，使用一个WDM单元进行相应的单向通讯。
在另外实施例里，可将激光阵列接收到WDM上，或将WDM接到激光阵列上。
如需对模块整体进行屏蔽，则可对发射和接收机实行分别屏蔽。
图4a和4b及图5a和5b所示的实施例中的收发信机50a，50b是用于一根光纤上用不同波长（1300nm和1550nm），不同速度（从155Mbit/s到800Mbit/s）进行双向传输。因此，发射机包括一个激光二极管的电子调制器，控制调制的控制电路及控制电路等，接收机则包括放大器、判定电路、时钟恢复等。可在很小的空间内分别向发射和接收模块中加入MUX/DEMUX电路，也可使用弯片或低损耗衬底，如聚四氟乙烯。总之，依据本发明，元件模块扩展了元件的概念，因为它具有电路的封装，并包含了所需的外围和附加元件，在模块中还可直接在电路板上集成诸如小电容和电感之类的无源元件。
一般地说，在具体实施例中，也可不采用一根光纤连接一个PIN接收器，而在其中加一个WDM。
当然，本发明并不局限在所举的几个例子中，而可有多种变化。

Claims (42)

1、元件模块(10；20；30；50a；50b；50c；70；80；90)包括至少一个内部或外部的载体衬底，至少一个电路，该电流有属于自己的元件或附属元件，电路直接安装在载体衬底上，元件模块(10；20；30；50a；50b；50c；70；80；90)有一个密封装置，其特征在于：密封装置至少在一个方向上，把元件模块(…)的主要部分基本封装起来，在元件模块(10；20；30；50a；50b；50c；70；80；90)的外形方面，采用标准电路的形式，以便能直接安装在外部载体衬底、插件板或印刷电路板上，载体衬底是一小片由塑料，玻璃纤维薄板、环氧树脂或硅或类似材料或多层陶瓷构成的印刷电路板。
2、根据权利要求1所述的元件模块（10;20;30;50a;50b;50c;70;80;90），其特征在于：它包括独立元件。
3、根据权利要求2所述的元件模块（10;20;30;50a;50b;50c;70;80;90），其特征在于：至少一个独立元件本质上构成一个元件模块。
4、根据权利要求1所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：它的外形是无引线标准电路，例如是LCC标准电路或PAA标准电路。
5、根据权利要求1所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：它的至少一边上，分一排或几排有引线或管脚。
6、根据权利要求1所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：它的密封装置是一塑料滴。
7、根据权利要求1所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：它的密封装置是一硅滴。
8、根据前述任何一项权利要求所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：载体衬底包括至少一个信号层或元件层（1;1′），一个接触层（6），和一个供电层（2，3，4，5，6，3′），不同层之间有隔离材料。
9、根据权利要求8所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：隔离材料为塑料薄层板，玻璃纤维薄层板或诸如薄隔离层的形式安装的类似物（32a）。
10、根据权利要求8所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：载体衬底包含多个供电层（1，2，3，4，5，6;1′，…，3′，…）。
11、根据权利要求8所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：至少一些载体衬底上的过孔（12，12′;30，31a;97;97′）是掩埋的或盲的。
12、根据权利要求8所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：热过孔（31a）是为了电路等的散热。
13、根据前述任何一项权利要求所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：电路通过焊接或所谓倒装片技术安装和连接在载体衬底上。
14、根据前述任何一项权利要求所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：它是一个光学模块。
15、根据前述任何一项权利要求所述的元件模块（10;…;90），其特征在于：至少一个电路是发射机电路（S，510a;510b，510c;71），上面安装着元件，一个光学块构成了发射装置并进一步与载体衬底连接，并且此元件模块构成发射机模块（20a;20b;20c;70）。
16、根据权利要求15所述的元件模块，其特征在于：发射装置包括一个发射二极管（511a;511b;511c），如LD或LED。
17、根据权利要求15所述的元件模块其特征在于：发射装置包括一个波长分离多路转换器单元，它进一步包括波长滤波器和光学连接器件等。
18、根据权利要求15所述的元件模块，其特征在于：光学块中包括含有至少一个MT装置（72）的发射装置。
19、根据权利要求15所述的元件模块，其特征在于：它包含多个（一个阵列）发射装置，最好每个都与一根单独的光纤连接。
20、根据任一权利要求18-21所述的元件模块，其特征在于：光学块或者作为一个整体，或者以分离的部件形式，直接安装在载体衬底上。
21、根据任一权利要求1-14所述的元件模块，其特征在于：至少一个电路是接收机电路（M;510c′;81），其上安装元件，含有接收装置的一个光学块与载体衬底连接，此元件模块构成一个接收机模块（10a;10b;10c;80）。
22、根据权利要求21所述的元件模块，其特征在于：接收装置包括一个接收二极管（513a;513b;513c），如PIN二极管。
23、根据权利要求21所规定的元件模块，其特征在于：接收装置由一个波长分离多路转换器单元组成，此单元进一步包括波长滤波器和光学连接器件等。
24、根据权利要求21所述的元件模块，其特征在于：光学块包含至少一个有MT装置（82）的接收装置。
25、根据权利要求21所述的元件模块，其特征在于：它包括多个（一个阵列）接收装置，最好每个都与一根单独的光纤连接。
26、根据任一权利要求21-27所述的元件模块，其特征是光学块或者作为一个整体，或以分离的部件形式，直接连接在载体衬底上。
27、根据权利要求15和21所述的元件模块，其特征在于：它构成一收发信机模块。
28、收发信机模块（50a;50b;50c）包括至少一个内部或外部载体衬底（500a;500b;500c），一个发射机单元、一个接收机单元、一个光学单元以及与外部载体衬底连接用的连接装置，其特征在于：发射单元和接收单元分别构成发射机模块（20a;20b;20c）和接收机模块（10a;10b;10c），它们都是密封的，可安装在载体衬底（500a;500b;500c）上，光学单元包括可安装的一个发射装置和一个接收装置。
29、根据权利要求28所规定的收发信机模块（50a;50b;50c），其特征在于它具有标准电路的外形，如LCC电路或PAA电路。
30、根据权利要求28或29所规定的收发信机模块（50a;50b;50c），其特征在于：发射单元是一个由任一权利要求15-17所述的发射机模块，接收单元是一个由任一权利要求21-23所述的接收机模块。
31、根据权利要求28或29所规定的收发信机模块，其特征在于：发射单元包括一个由任一权利要求18-20所述的发射机模块，接收单元包括一个由任一权利要求24-26所述的接收机模块。
32、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射机模块（20a;20b）和接收机模块（10a;10b;10c）安装在收发信机的内载体衬底（500a;500b）的两侧。
33、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射机模块（20a;20b;20c）和接收机模块（10a;10b;10c）安装在收发信机的外载体衬底的两侧。
34、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：接收机模块（10a;10b）安装在发射机模块（20a;20b）的下面，因此，收发信机模块的载体衬底（500a，500b）和/或外部载体衬底可使它们相互之间屏蔽。
35、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射机模块（20c）和接收机模块（10c）安装在收发信机的内（500c）或外载体衬底的同一侧。
36、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射机模块（20a;20b;20c）和接收机模块（10a;10b;10c）直接安装在收发信机模块的内载体衬底（500a，500b，500c）上。光学块波长分离多路转换器单元（WDM）的信号直接分别与发射机和接收机模块连接。
37、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射和接收装置直接与接收机模块（10a;10b;10c）和发射机模块（20a;20b;20c）相连，它们是构成元件模块的子模块。
38、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：对外部和/或内部印刷电路板的连接方法包括：在收发信机的载体衬底和/或元件模块的外侧至少一边上安排连接引线。
39、根据权利要求28所述的收发信机模块，其特征在于：发射机模块（20a;20b;20c）和接收机模块（10a;10b;10c）都被保护层或类似的装置所保护。
40、根据权利要求39所述的收发信机模块，其特征在于：保护层为塑料、硅或类似材料。
41、根据权利要求28-40所述的收发信机模块，其特征在于：发射二极管（511a;511b;511c）和接收二极管（513a;513b;513c）分别构成发射和接收装置，是标准封装的二极管，如TO-18封装，最好分别直接安装在发射机和接收机元件模块上。
42、根据任一权利要求1-14所述的元件模块（90），其特征在于：电路（98）包括一振荡器（91），至少一些元件包括一个电感（93），它集成或埋置在载体衬底（95）中，或利用细丝和衬底电路图形构成环形线圈。
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