CN109100833B - 平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法，包括波导基板、波导上盖板、光纤阵列基板、光纤带、光纤盖板、阵列上盖板、导针。本发明还公开了一致平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法。本发明的平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法，有效的实现了光纤阵列与光电集成线路板的快速定位与组装，以及能够与外部的其它器件，包括光电集成线路板之间能够通过接插件实现快速连接，结构简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及光电集成线路板等领域，具体为一种平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法。
背景技术
21世纪的科学技术是日新月异的，电子行业作为高新技术行业，技术发展更是一日千里。当前，随着多媒体业务，包括电话，有线电视(CATV)，数字电视和Internet的快速和全面发展，对电路带宽和容量的要求急剧增加。在传统的电学领域，信号的传输和开关的速度已经受到限制。目前，电信干线上传输码流的速度已经达到几十甚至上千Gb/S。而与之相对照的是，计算机的总线传输依然停留在Gb/S量级。显然，计算机内部总线连接和计算机互连的速率已经成为整个计算机环境的瓶颈。从原理上讲，用导线连接的传输速率受到其寄生参量(寄生电阻、电感和旁生电容)的影响和限制，无法以高的速率传输较长距离，目前最高数据传输速率短距离不过10Gb/S，且只能在短距离实现。而VCSEL(垂直腔表面发射激光器)在光波导和光纤线路传输速率目前即可以达到40Gb/S无码率，且可以保持在几公里长度，光通信具有较大的带宽和较低的传输损耗，免于串扰和电磁干扰，功耗较低，且在同一个光学媒介中传输多个波长时，不同的波长可以平行通过。所以，光通信在更高传输速率的服务器和数据中心内部通信上更具有优势。
在这样的背景下，光电集成线路板的概念就被提出来了。简单的说，光电集成线路板就是将光与电整合，以光做信号传输，以电子进行运算的新一代高运算所需的封装基板，将目前发展得非常成熟的传统印制电路板加上一层导光层。因此使得电路板的使用由现在的电连接技术发展到光传输领域。
目前的光电集成线路板接插件的连接方式，是通过光纤三维调整架将光纤阵列与光电集成线路板光路全部对准，并调节到插入损耗最小，然后通过在光纤阵列与光电集成线路板结合面缝隙间注入粘结剂并固化，以实现粘结和光路的固定。这种结构难以适应当前多种类快速的光电集成线路板的连接需求。因此需要研发一种光电集成线路板接插件及其制作方法，能够实现光纤阵列与光电集成线路板的快速定位与组装，以及能够与外部的结构器件，包括光电集成线路板之间能够快速的定位与组装，结构简单，使用方便。
发明内容
本发明的目的是：提供一种平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法，以解决现有技术中平行耦合的光电集成线路板结构复杂，组装定位困难等问题。
实现上述目的的技术方案是：提供一种平行耦合的光电集成线路板接插件，包括波导基板，其上表面设有多个波导，多根波导基板的边沿汇集成波导阵列，所述波导基板的上表面靠近波导阵列的两侧各设有一个波导第一凹槽；波导上盖板，其下表面设有与波导第一凹槽位置相对应的波导第二凹槽，所述；所述波导上盖板盖接于所述波导基板的上表面，且波导第一凹槽与波导第二凹槽成第一导针安装孔；导针，插接于第一导针安装孔中。
进一步的，所述的平行耦合的光电集成线路板接插件，还包括光纤阵列基板，其上表面的中部设有多个用于支撑光纤的光纤槽，所述光纤阵列基板的上表面靠近光纤槽的两侧各设有一个阵列第一凹槽；光纤带，设有多根光纤，每一光纤对应穿过光纤槽；光纤盖板，压接于穿过光纤槽的多根光纤上，所述光纤盖板的下表面与光纤外表面相切；阵列上盖板，其下表面两侧各设有一个与阵列第一凹槽对应的阵列第二凹槽；所述述阵列第一凹槽和阵列第二凹槽形成第二导针安装孔，所述第一导针安装孔和第二导针安装孔一一对应。
本发明还提供了一种平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，包括如下步骤：提供一波导基板，在所述波导基板的上表面的两侧指定位置蚀刻出U形或半圆形波导第一凹槽；提供一波导上盖板，在所述波导上盖板的下表面的两侧指定位置刻蚀出波导第二凹槽；在所述波导基板的上表面的中部通过离子渗透或气象沉积方法制作波导；提供导针；将所述导针置于所述波导第一凹槽；将所述波导上盖板盖压于所述波导基板的上表面，并使所述波导第二凹槽槽口压在导针上，与所述波导第一凹槽槽口相对，形成第一导针安装孔；在所述波导上盖板和导波基板的连接边缘点粘结剂并使之固化；抽出导针，即得到波导部分的导针孔。
进一步的，在提供导针步骤之前还包括如下步骤：提供一光纤阵列基板，在光纤阵列基板上表面指定位置刻蚀出阵列第一凹槽；提供一阵列上盖板，在所述阵列上盖板的下表面的两侧指定位置刻蚀出阵列第二凹槽，在光纤阵列基板上表面的中部刻蚀出多个用于支撑光纤的光纤槽；在提供导针步骤之后还包括以下步骤：提供一光纤带，将一导针置于所述阵列第一凹槽，将光纤带置于所述光纤槽中；将所述阵列上盖板盖压于所述阵列基板的上表面，并使所述阵列第二凹槽槽口压在该导针上；所述阵列第二凹槽槽口与阵列第一凹槽槽口相对，形成第二导针安装孔；在所述阵列上盖板和光纤阵列基板的连接边缘点粘结剂并使之固化，一导针固定安装在第二导针安装孔中；当需要接插时，通过光纤阵列基板上的导针插入接插件波导部分的导针孔，即实现了光纤阵列与光电集成线路板的光路对接。
进一步的，在提供导针步骤中，置于所述波导第一凹槽的导针的表面涂覆一层脱膜材料。
进一步的，所述波导基板上表面与光纤阵列基板上表面为基准面，全部波导上表面与这一基准面相切或距离相同的距离，全部光纤上表面与这一基准面相切距离相同的距离，并以此确定光纤槽的深度和波导的深度。
进一步的，所述所述波导第一凹槽和阵列第一凹槽为U形或半圆形。
进一步的，刻蚀波导第一凹槽或阵列第一凹槽时，同条件进行，同条件是指，刻蚀溶液浓度、刻蚀时间、温度相同。
本发明的优点是：本发明的平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法，有效的实现了光纤阵列与光电集成线路板的快速定位与组装，以及能够与外部的其它器件，包括光电集成线路板之间能够通过接插件实现快速连接，结构简单，使用方便。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1是本发明实施例1的光电转换模块与波导结构层部分结构示意图。
图2是本发明实施例1的光电转换模块与波导结构层部分结构示意图。
图3是本发明实施例1的光电转换模块与波导结构层部分结构示意图。
图4是本发明实施例1的光电集成线路板中波导结构和连接结构的结构示意图
图5是本发明实施例的光电集成线路板连接结构的结构示意图。
图6是本发明实施例1的光纤阵列的结构示意图。
图7是本发明实施例1的阵列上盖板的结构示意图。
图8是本发明实施例1的光纤阵列基板的结构示意图。
图9为本发明实施例1的波导基板与波导上盖板的结构示意图。
图10为本发明实施例1的波导基板结构图。
图11为本发明实施例1的波导基板与波导上盖板组装结构图。
其中，
1波导基板； 2光纤阵列；
11波导第一凹槽； 12波导；
13波导上盖板； 14波导第二凹槽；
15第一导针安装孔； 21光纤阵列基板；
22阵列第一凹槽； 23光纤盖板；
24阵列上盖板； 25阵列第二凹槽；
26光纤槽 27第二导针安装孔；
3导针； 4光纤带；
41光纤； 5光电转换模块；
51激光器； 52反光镜；
53光电探测器； 6波导结构层；
61内部连接波导； 62接入波导；
63直通波导； 7PCB基板；
8高膨胀系数材料段；
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施实例：如图5所示，一种平行耦合的光电集成线路板接插件，设有波导基板1、波导上盖板13、光纤阵列基板21、光纤带4、光纤盖板23、阵列上盖板24。
如图9所示，波导基板1的上表面设有多个波导12，在波导基板1的边沿汇集成波导阵列，波导基板1的上表面靠近波导阵列的两侧各设有一个波导第一凹槽11。
波导上盖板13的下表面设有与第一凹槽11位置相对应的波导第二凹槽 14；波导上盖板13接于所述波导基板1的上表面，且波导第一凹槽11与波导第二凹槽14组成第一导针安装孔。
如图8所示，光纤阵列基板21的上表面的中部设有多个用于支撑光纤的光纤槽26，光纤阵列基板21的上表面靠近光纤槽26的两侧各设有一个阵列第一凹槽22；光纤带4设有多根光纤，每一光纤对应穿过光纤槽26。
如图6所示，光纤盖板23压接于穿过光纤槽26的多根光纤上，光纤盖板23的下表面与光纤外表面相切，光纤盖板23的下表面的其余部分压接于光纤阵列基板21上表面。
阵列上盖板24的下表面两侧各设有一个与阵列第一凹槽22对应的阵列第二凹槽25；阵列第一凹槽22和阵列第二凹槽25形成另一个导针安装孔，即第二导针安装孔。第一导针安装孔和第二导针安装孔一一对应。
导针3穿过第一导针安装孔插接于第二导针安装孔，如果导针3其中一端固定在一个导针安装孔中，则另一端为不固定。
本实施实例，平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其制作方法包括如下步骤：
如图10所示，提供一波导基板1，在波导基板1的上表面的两侧指定位置蚀刻出U形或半圆形波导第一凹槽11。刻蚀波导第一凹槽11同条件进行，同条件是指，刻蚀溶液浓度、刻蚀时间、温度等全部相同，刻蚀时，可同时同步进行。
提供一波导上盖板13，在波导上盖板13的下表面的两侧指定位置刻蚀出波导第二凹槽14；在波导基板的上表面的中部通过离子渗透或气象沉积等方法制作波导12。
如图8所示，提供一光纤阵列基板21，在光纤阵列基板21上表面指定位置刻蚀出U形或半圆形阵列第一凹槽22，刻蚀阵列第一凹槽22同条件进行，同条件是指，刻蚀溶液浓度、刻蚀时间、温度等全部相同，刻蚀时，可同时同步进行。
如图7所示，提供一阵列上盖板24，在阵列上盖板24的下表面的两侧指定位置刻蚀出阵列第二凹槽25，在光纤阵列基板21上表面的中部刻蚀出多个用于支撑光纤的光纤槽26。本实施例中，还可以在阵列上盖板24的中部设有一收容光纤盖板23的收容槽。并提供一光纤盖板23。
提供一导针3以及光纤带4；其中，在其中一导针3的表面涂覆一层脱膜材料，光纤带4中设有多根光纤。
如图11所示，将表面涂覆一层脱膜材料的导针3置于波导第一凹槽11；将波导上盖板盖13压于所述波导基板1的上表面，并使波导第二凹槽14槽口压在导针3上，波导第二凹槽14与波导第一凹槽22槽口相对，形成第一导针3安装孔；
在波导上盖板13和导波基板1的连接边缘点粘结剂并使之固化；抽出导针3，即得到第一导针安装孔15，以上得到接插件的波导部分。
如图6所示，将不涂覆脱模材料另一导针3，置于阵列第一凹槽22，将另一导针每一光纤对应穿过光纤槽26；将光纤盖板23置于收容槽中，将阵列上盖板盖压于光纤阵列基板21的上表面，并使阵列第二凹槽25槽口压在导针3上，阵列第二凹槽25与阵列第一凹槽槽22口相对，形成第二导针安装孔27；光纤盖板23压接于光纤上。
在波导上盖板13和导波基板1的连接边缘点粘结剂并使之固化，导针固定安装在第二导针安装孔27中；以上得到接插件的光纤阵列部分。
如图5所示，当需要接插时，通过光纤阵列上的导针3插入接插件波导部分的第一导针安装孔15，即实现了光纤阵列与光电集成线路板的光路对接。
所述波导基板1上表面与光纤阵列基板21上表面为基准面，全部波导12 上表面与这一基准面相切或距离相同的距离，光纤带4中的全部光纤41上表面与这一基准面相切距离相同的距离，并以此确定光纤槽26的深度和波导12 的深度。
本实施例还公开了一种平线耦合的光电集成线路板，如图4所示，设有光电转换模块5、波导结构层6；光电集成线路板还包括PCB基板7；光电转换模块5包括激光器51、反光镜52和光电探测器53，激光器51设于上层的所述PCB基板7上；反光镜52设于且与所述波导结构层6中，所述激光器51 通过某一所述反光镜52与所述波导结构层6中的某一波导垂直耦合。光电探测器53设于上层的所述PCB基板7上，通过某一所述反光镜52与所述波导结构层6中的某一波导垂直耦合。
如图4所示，所述波导结构层6包括内部连接波导61、接入波导62、直通波导63。波导结构层6设于两块所述PCB基板7之间。
内部连接波导61连接于两个所述光电转换模块5之间。
接入波导62的一端连接至外部的光纤阵列，另一端连接至光电转换模块 5。
直通波导63的两端连接光纤阵列。
光电集成线路板还设有高膨胀系数材料段8，设于所述直通波导63的波导段的四周。高膨胀系数材料段8中的材料为改性环氧树脂；当温度发生变化时由于局部热膨胀使得波导发生变形，引起波导光路插入损耗变化。从而起到监控光电线路板温度的作用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种平行耦合的光电集成线路板接插件，其特征在于，包括
波导基板，其上表面设有多个波导，多根波导基板的边沿汇集成波导阵列，所述波导基板的上表面靠近波导阵列的两侧各设有一个波导第一凹槽；
波导上盖板，其下表面设有与波导第一凹槽位置相对应的波导第二凹槽，所述波导上盖板盖接于所述波导基板的上表面，且波导第一凹槽与波导第二凹槽成第一导针安装孔；
导针，插接于第一导针安装孔中；
其中，还包括
光纤阵列基板，其上表面的中部设有多个用于支撑光纤的光纤槽，所述光纤阵列基板的上表面靠近光纤槽的两侧各设有一个阵列第一凹槽；
光纤带，设有多根光纤，每一光纤对应穿过光纤槽；
光纤盖板，压接于穿过光纤槽的多根光纤上，所述光纤盖板的下表面与光纤外表面相切；
阵列上盖板，其下表面两侧各设有一个与阵列第一凹槽对应的阵列第二凹槽；所述阵列第一凹槽和阵列第二凹槽形成第二导针安装孔，所述第一导针安装孔和第二导针安装孔一一对应。
2.一种如权利要求1所述的平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一波导基板，在所述波导基板的上表面的两侧指定位置蚀刻出U形或半圆形波导第一凹槽；
提供一波导上盖板，在所述波导上盖板的下表面的两侧指定位置刻蚀出波导第二凹槽；
在所述波导基板的上表面的中部通过离子渗透或气象沉积方法制作波导；
提供导针；
将所述导针置于所述波导第一凹槽；
将所述波导上盖板盖压于所述波导基板的上表面，并使所述波导第二凹槽槽口压在导针上，与所述波导第一凹槽槽口相对，形成第一导针安装孔；
在所述波导上盖板和导波基板的连接边缘点粘结剂并使之固化；
抽出导针，即得到波导部分的导针孔。
3.根据权利要求2所述的平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，
在提供导针步骤之前还包括如下步骤：
提供一光纤阵列基板，在光纤阵列基板上表面指定位置刻蚀出阵列第一凹槽，在光纤阵列基板上表面的中部刻蚀出多个用于支撑光纤的光纤槽；
提供一阵列上盖板，在所述阵列上盖板的下表面的两侧指定位置刻蚀出阵列第二凹槽；
在提供导针步骤之后还包括以下步骤：
提供一光纤带；
将一导针置于所述阵列第一凹槽，将光纤带置于所述光纤槽中；
将所述阵列上盖板盖压于所述阵列基板的上表面，并使所述阵列第二凹槽槽口压在该导针上；所述阵列第二凹槽槽口与阵列第一凹槽槽口相对，形成第二导针安装孔；
在所述阵列上盖板和光纤阵列基板的连接边缘点粘结剂并使之固化，一导针固定安装在第二导针安装孔中；
当需要接插时，通过光纤阵列基板上的导针插入接插件波导部分的导针孔，即实现了光纤阵列与光电集成线路板的光路对接。
4.根据权利要求2所述的平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，在提供导针步骤中，置于所述波导第一凹槽的导针的表面涂覆一层脱膜材料。
5.根据权利要求3所述的平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，所述波导基板上表面与光纤阵列基板上表面为基准面，全部波导上表面与这一基准面相切或距离相同的距离，光纤带中的全部光纤上表面与这一基准面相切距离相同的距离，并以此确定光纤槽的深度和波导的深度。
6.根据权利要求3所述平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，所述波导第一凹槽和阵列第一凹槽为U形或半圆形。
7.根据权利要求3所述平行耦合的光电集成线路板接插件的制作方法，其特征在于，刻蚀所述波导第一凹槽或阵列第一凹槽时，同条件进行，同条件是指，刻蚀溶液浓度、刻蚀时间、温度相同。
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