CN113093351A - 用于安装光发射次组件且具有阶状轮廓的基板及实施其的光发射器或光收发器 - Google Patents

用于安装光发射次组件且具有阶状轮廓的基板及实施其的光发射器或光收发器 Download PDF

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Abstract

本发明大致上针对一种用于基板的阶状轮廓，此基板支撑“板上”的光次组件配置。阶状轮廓使光发射次组件模组能以内凹位向安装至基板以减少基板的终端及相关的光发射次组件的元件(例如基板的射频终端及光发射次组件的镭射二极管驱动器)之间的整体距离。于一实施例中，阶状轮廓藉由提供至少一机构止挡件进一步简化光发射次组件模组的安装及光学对齐以结合光发射次组件模组的表面并限制沿一或多轴的移动。

Description

用于安装光发射次组件且具有阶状轮廓的基板及实施其的光 发射器或光收发器
技术领域
本发明关于一种光通讯装置，特别系一种具有阶状轮廓的基板，此具有阶状轮廓的基板例如用于通过边缘安装简化光发射次组件模组的安装及对齐，以减少光发射次组件模组及基板的射频终端之间的垂直偏移，藉以例如通过焊线实现相对短的电性互连长度。
背景技术
光收发器可用来发出及接收光学讯号以适用于但不限于网络数据中心(internetdata center)、线缆电视宽频(cable TV broadband)及光纤到府(fiber to the home，FTTH)等各种应用。举例来说，相较于以铜制成的线缆来传输，以光收发器来传输可在更长的距离下提供更高的速度及频宽。为了在较小的光收发器中提供较高的速度，例如会面临空间管理(space management)及良率(manufacturing yield)等挑战。
光收发器一般包含用于发射光讯号的一或多个光发射次组件(transmitteroptical subassembly，TOSA)以及用于接收光讯号的一或多个光接收次组件(receiveroptical subassembly，ROSA)。一般而言，光发射次组件包含一或多个镭射器及相关的电路，其中镭射器用以发射一或多个频道波长，相关的电路用以驱动镭射器并监控功率以确保额定的效能。然而，尺寸的持续缩小以及高达甚至超过400Gbp/s的传输速度标准化会面临使光发射次组件模组及支撑基板(例如印刷电路板)之间的安装及电性互连复杂化的数个技术挑战。
发明内容
根据本发明一态样揭露有一种光次组件模组。光次组件模组包含：一基板、一第一安装区域及一第二安装区域。基板具有用以电性耦接于一外部电路的一电性耦合端以及用以将至少一频道波长发射至波导的一光学耦合端，电性耦合端相对光学耦合端设置。第一安装区域位于基板的电性耦合端以将用于电性互连的多个线路提供给外部电路，第一安装区域至少部分地由一元件安装面界定，元件安装面由基板的一侧壁提供。第二安装区域位于基板的光学耦合端以通过一内凹光发射次组件安装面耦接并支撑至少一光发射次组件模组，内凹光发射次组件安装面基于一阶状轮廓被设置为以一第一偏移距离偏离元件安装面，阶状轮廓至少部分地由内凹光发射次组件安装面界定，光发射次组件安装面实质上相对于于元件安装面平行延伸且实质上相对于邻接于内凹光发射次组件安装面及元件安装面的一垂直面横向延伸。
附图说明
这些及其他的特征与优点将通过阅读以下的详细描述及附图被更透彻地了解。在附图中：
图1为根据本发明一实施例的示例性多频道光收发器模组的方块图。
图2为图1中根据本发明一实施例的多频道光收发器中所使用的多频道光收发器模组的立体图。
图3为图2中根据本发明一实施例的多频道光收发器模组的局部放大图。
图4为图3中根据本发明一实施例的局部放大的部分的上视图。
图5为图2中根据本发明一实施例的多频道光收发器模组的另一局部放大图。
图6A为适用于图2中根据本发明一实施例的多频道光收发器模组中的监控光二极管的主视图。
图6B为图6A中根据一实施例的监控光二极管次安装件的立体图。
图6C为图6A中根据一实施例的监控光二极管次安装件的背侧的另一立体图。
图7A为图2中根据一实施例的多频道光收发器的剖面图。
图7B为根据本发明一实施例的多频道光收发器模组的局部放大图。
图8呈现将光发射次组件模组安装并电性耦接于收发器基板的示例性方法。
【附图标记说明】
100 光收发器模组
102 光收发器基板
103 收发器壳体
104 光发射次组件模组
106 发射连接电路
108 多频道光接收次组件配置
110 光纤插座
112 接收连接电路
114 光发射次组件连接垫
116 线路
118 线路
120 光发射次组件模组连接垫
200 多频道光收发器模组
202 光收发器基板
203 第一端
207 第二端
204-1～204-4 光耦合埠
205-1～205-4 光发射次组件模组
209 光纤
211 阶梯部
245 第一安装面
246 第二安装面
251 监控光二极管
252 监控光二极管模组
311 热连通路径
401 滤波电容器
402 镭射二极管
403 汇聚透镜
404 镭射二极管次安装件
423、424 光发射次组件连接垫
504 界面
509 环氧树脂层
602 接收区域
603 侦测表面
604 阳极
609 安装面
610 监控光二极管次安装件
611 第一电性导体路径
612-1 第一导体线路
612-2 第二导体线路
612-3 第三导体线路
612-4 第四导体线路
612-5 第五导体线路
612-6 第六导体线路
613 第二电性导体路径
614 配合面
616 背面
617 基座
619-1、619-2 边缘
631-1、632-2 通道
702 内凹光发射次组件安装面
704 垂直面
706 本体
708-1 基板配合面
708-2 元件安装面
709 基座板
710 开口
712 镭射配置
714 镭射二极管驱动器
716 镭射二极管
718 监控光二极管
720 汇聚透镜
722 次安装件
724 焊线
726 射频终端
802 光发射次组件模组
804 收发器基板
806 射频终端
808 焊线
λ1～λn 频道波长
W1 第一整体宽度
W2 第二整体宽度
H1 整体高度
H2 整体高度
OD1 第一偏移距离
具体实施方式
如上所述，尺寸的缩小及传输速率的增加在光次组件设计中面临多个挑战。此种挑战之一包含减少电性互连装置(例如焊线)对高频率讯号造成的影响，高频率讯号例如为驱动光发射次组件模组的射频讯号。
这些挑战通过说明可更清楚地被理解。图8呈现收发器基板804(例如印刷电路板)的一部分，此部分边缘安装于多个光发射次组件模组(例如光发射次组件模组802)。在此示例中，光发射次组件模组802能以至少部分地分离于收发器基板804的方式形成/构成，并接着以“板上(on board)”的方式耦接于收发器基板804。光次组件的此种“板上”的安装方式能显著地简化收发器以及发射及/或接收光讯号的其他装置的制造及设计。
如图8进一步所示，这种板上的安装方式能包含通过焊线808使电性耦接于相邻的射频终端(如射频终端806)的各个光发射次组件模组的镭射二极管驱动器接收射频驱动讯号，藉以调变相关的镭射器。然而，电性互连装置(如焊线808)会引起射频讯号的飞行时间(time of flight，ToF)问题以及阻抗匹配问题，这会严重降低传讯效能。焊线亦有易碎倾向且会容易因意外接触而断裂。
具体上，在焊线方面，减轻此种问题对传讯效能造成的影响的方法之一包含使焊线具有相对短的整体长度。尽管此方法似乎相对简单，但空间限制及其他因素(如元件布局)会使缩短焊线长度复杂化或阻止焊线长度缩短。举例来说，在图8中，光发射次组件模组802包含垂直移动光镭射二极管驱动器的次安装件，更重要的是，移动接收射频传讯的光镭射二极管驱动器的电极。此垂直移动会造成焊线808从射频终端以实质上90度延伸并且为了到达对应光镭射二极管驱动器终端而具有约800至900微米的整体长度。此整体焊线长度显著地影响讯号(尤其是高频率射频讯号)的质量，并最终会限制光发射次组件模组的可达成的最高传输速率。
持续发展出更高的光传输速率(例如高达或超过400Gbp/s)至少部分取决于在不增加设计及制造的复杂度的情况下显著减少相关元件之间的电性互连装置的长度的光次组件模组设计。此外，此种高速传输系统的持续发展及快速采用更至少部分取决于同时缩短电性互连装置长度且在不实质上重新设计既有的元件(例如印刷电路板及光发射次组件模组)的情况下实现尺寸缩小的光次组件模组设计。
因此，根据一实施例，揭露有一种基板的阶状轮廓，其中基板支撑“板上”光次组件配置，此阶状轮廓使光发射次组件模组能以内凹位向(recessed orientation)安装于基板，藉以减少基板的终端及光发射次组件的相关元件(例如基板的射频终端及光发射次组件的镭射二极管驱动器)之间的整体距离。于一实施例中，基板包含印刷电路板(printedcircuit board，PCB)或印刷电路板组件(PCB assembly，PCBA)，其包含用以电性耦接于外部电路的电性耦合端以及用以耦接于一或多个光发射次组件模组的光学耦合端。基板至少提供用于耦接于电路的第一元件安装面，以提供电力及驱动讯号至一或多个光发射次组件模组。基板在光学耦合端更界定出内凹光发射次组件安装面。光发射次组件安装面实质上相对第一元件安装面平行延伸并以一第一预设距离偏离于第一元件安装面。因此，光发射次组件模组通过内凹光发射次组件安装面安装于基板，相对基板的支持线路(如图8所示)具有垂直偏移的元件(例如镭射二极管驱动器)会依据第一预设偏移距离朝基板移位。光发射次组件模组元件可因此通过内凹光发射次组件安装面“下沉(countersunk)”，以实现与基板的相对较短的电性互连装置。
根据本发明的具有阶状轮廓的基板有利地利用内凹光发射次组件安装面而用特定的方式安装光发射次组件模组，此特定的方式是维持“板上”光发射次组件配置的简化及优势并同时也显著减少用来提供射频讯号及/或电力讯号至光发射次组件模组的电性互连装置的整体长度。于一实施例中，相对于不具有阶状轮廓的基板的态样来说，阶状轮廓会将电性互连装置长度减少多达甚至超过50％(例如比较图8及图7B)，因此，阶状轮廓显著地减少在使用相对较长的电性互连装置时引起的讯号衰减。
于此，“频道波长(channel wavelength)”指与光学频道相关的波长，且可包含中心波长附近的特定波长带。于一示例中，频道波长可由国际电信(InternationalTelecommunication，ITU)标准定义，例如ITU-T高密度波长分波多工(dense wavelengthdivision multiplexing，DWDM)网格(grid)。本发明同样地可应用于低密度分波多工(coarse wavelength division multiplexing，CWDM)。于特定的一示例性实施例中，频道波长根据局域网络(local area network，LAN)波长分割多工(wavelength divisionmultiplexing，WDM)实施，而局域网络波长分割多工也可称为LWDM。用语“耦合”于此系指任何连接、耦接、连结或相似的关系，且“光学地耦合”系指光从一个元件传递(impart)到另一个元件的耦合关系。这种“耦合”装置并不需要直接彼此连接，且可由中间元件或能操控或修改这样的讯号的装置分隔开。
用语“实质上”于此一般性地使用并指可接受的误差范围内的精准程度，其中可接受的误差范围视为并反映因制造过程中的材料组成、材料缺陷及/或限制/奇异(peculiarity)所产生的次要真实世界变化(minor real-world variation)。这种变化可因此被描述为大致地(largely)，但不需完全地达成所述的特性。为了提供一种非限制性的示例来量化“实质上”，除非另有说明，否则次要变化可造成的误差小于或等于特定描述的数量/特性的正负5％。
请参阅附图，图1绘示根据本发明实施例的光收发器模组100。为了清楚及方便说明而非为了限制，光收发器模组100是以高度简化的方式呈现。在本实施例中，光收发器模组100能为可插拔的(pluggable)(例如符合可插拔小形成因子(pluggable small formfactor，SFFP)标准)并使用四个不同的频道波长λ1、λ2、λ3、λ4传送及接收四个频道，且可具有每频道至少约25Gbps的传输速率。在一示例中，频道波长λ1、λ2、λ3、λ4可位于±13奈米(nm)的范围内并分别具有1270nm、1290nm、1310nm及1330nm的频道波长。其他的频道波长及态样也属于本发明的范畴，包含相关于局域网络波长分割多工的频道波长及态样。举例来说，光收发器模组100能包含高达八个或更多个频道波长并提供每频道至少25Gbps的传输速率。
光收发器模组100也可具有2公里(km)到至少约10km的传输距离。光收发器模组100例如可用于网络数据中心应用或光纤到府应用。
在一实施例中，光收发器模组100设置于收发器壳体103中。收发器壳体103能依据期望的态样而配置有一或多个空腔以容纳一或多个光收发器模组。
光收发器模组100可包含多个元件以支持收发器作业。光收发器模组100可包含光收发器基板102、多个光发射次组件模组104、发射连接(TX)电路106、多频道光接收次组件配置108、光纤插座110以及接收连接(RX)电路112。光发射次组件模组104用于发射具有不同的频道波长的光讯号。多频道光接收次组件配置108用于接收不同的频道波长的光讯号。光纤插座110用以容纳光纤连接器(例如套管)并将光纤连接器对齐于光接收次组件。
光收发器基板102包含线路、连接垫及其他电路以支持收发器作业。光收发器基板102可包含光发射次组件连接垫114(或称为终端)，光发射次组件连接垫114使各个光发射次组件模组104能安装并电性耦接于光收发器基板102。光发射次组件连接垫114于此亦可简称为连接垫。光收发器基板102可包含线路116，线路116将光发射次组件连接垫114耦接于发射连接电路106。如以下所详述，监控光二极管(monitor photodiode，PD)次安装件/模组可(例如直接地)设置于线路116及/或光发射次组件连接垫114。
光收发器基板102可包含线路118，线路118将多频道光接收次组件配置108电性耦接于接收连接电路112。光收发器基板102可提供一种可被“插入(plugged)”到光收发器架体中的光收发器模组。因此，发射连接电路106及接收连接电路112可电性耦接于光收发器架体的外部电路。光收发器基板102可由多层印刷电路板制成，但亦可使用其他类型的基板且其他类型的基板也属于本发明的范畴。
各个光发射次组件模组104可用于接收驱动电讯号TX_D1至TX_D4，将电讯号转换成经多工的光讯号(如具有频道波长λ1...λn的讯号)并将其输出到多工器(未绘示)。各个光发射次组件模组104可通过多个光发射次组件模组连接垫120电性耦接于光发射次组件连接垫114及线路116。各个光发射次组件模组104可包含镭射二极管装置及支持电路。光发射次组件模组104的镭射二极管装置可包含分布回馈镭射器(distributed feedbacklaser，DFB)、垂直外部空腔表面发射镭射器(Vertical External-cavity Surface-emitting laser，VECSEL)或其他合适的镭射器装置。于一实施例中，如下所述，可使用监控光二极管131来监控这些镭射器的输出功率。
请参阅图2，呈现用于图1的多频道光收发器的多频道光收发器模组的一示例性实施例。如图所示，多频道光收发器模组200包含耦接于光发射次组件配置206的光收发器基板202。光收发器基板202于此亦可称为基板。光收发器基板202可由多层印刷电路板制成，但亦可使用其他类型的基板且其他类型的基板也属于本发明的范畴。
光收发器基板202包含沿长轴250延伸至第二端207的第一端203。如图所示，第一端203耦接于一或多个光发射次组件模组以将多个频道波长发射至发射波导，例如光纤209。第二端207包含用以电性耦接于外部电路以接收电源及数据讯号的终端/垫部。因此，第一端203于此亦可称为光学耦合端，第二端207于此亦可称为电性耦合端。
光收发器基板202至少更包含相对设置的第一安装面245及第二安装面246，以支撑被动及/或主动光学元件。第一安装面245及第二安装面246亦可称为第一元件安装面及第二元件安装面。尽管未呈现于图2中的实施例中，但光收发器基板202能包含多频道光接收次组件配置，多频道光接收次组件配置安装于第一安装面245及/或第二安装面246并由第一安装面245及/或第二安装面246支撑。
接着，光发射次组件配置206包含多个光发射次组件模组205-1至205-4。各个光发射次组件模组205-1至205-4包含基座/本体部，且在图2所示的具体实施例中是包含为方块类型(cuboid-type)的基座部。这些光发射次组件模组205-1至205-4分别支撑相关的镭射配置并将光耦合埠204-1至204-4对齐于相关的镭射配置。因此，由镭射配置产生的频道波长会通过光耦合埠204-1至204-4发射到相关的光纤209。如下所详述，各个镭射配置可用以发出不同的频道波长并能由监控光二极管模组阵列中的相关监控光二极管监控以确保额定的光功率。
接着，各个光发射次组件模组205-1至205-4被安装(例如边缘安装)于基板的第一端203。光收发器基板202更包含阶状轮廓，且阶状轮廓至少部分地由邻近于第一端203的阶梯部211(或称为肩部)界定。阶状轮廓的其他态样将参阅图7A至图7B于以下说明。各个光发射次组件模组205-1至205-4能包含基座，此基座具有多个侧壁，侧壁大致上界定出对应于阶梯部211的L状轮廓。基座的轮廓可因此仅藉由卡合/触底(bottoming out)于阶梯部211的表面(如图7A所示且如以下所述的垂直面704)而有利于沿至少二个轴线(如X及Z轴)的对齐，其中阶梯部211的表面藉由提供机构止挡件/限位件以限制沿至少一轴线的移动(travel)来作为对齐导引件。可因此藉由各个光发射次组件模组205-1至205-4相对简单的横向移动(例如沿X轴)来进行沿其余轴线(如Y轴)的对齐。
一旦经过对齐，各个光发射次组件模组会电性耦接于光收发器基板202，具体来说是电性耦接于邻设于光收发器基板202的第一端203的光发射次组件模组连接垫，这更清楚地呈现于图3及图4中。光发射次组件模组连接垫使各个光发射次组件模组205-1至205-5例如能通过线路116及发射连接电路106(请参阅图1)从发射连接电路接收驱动讯号及电力。
请参阅图3至图4，呈现图2中根据本发明实施例的多频道光收发器模组的局部放大图。如图所示，光发射次组件配置206的各个光发射次组件模组包含镭射配置，镭射配置例如具有滤波电容器401、镭射二极管(laser diode，LD)402及汇聚透镜403。于图7A中更详细地呈现一个这种镭射配置712。光发射次组件配置206的元件(如镭射二极管402)能直接地或如图所示通过镭射二极管次安装件404间接地安装于相关的光发射次组件模组的本体。镭射二极管次安装件404能支撑各个镭射配置的元件并提供电性电路及其他电路来支持光发射次组件作业。需注意的是，镭射二极管次安装件404亦可直接地或通过一或多个基座板(如图7A所更清楚地呈现的基座板709)间接地耦接于光发射次组件模组的本体。
镭射二极管402能作为分布回馈镭射器、垂直外部空腔表面发射镭射器或其他合适的镭射装置实施。较佳地，镭射二极管402系作为电吸收调变镭射器(electro-absorption modulator laser，EML)实施。于一实施例中，镭射二极管402能处于未冷却的状态(例如没有使用相关的热电致冷器运作)。镭射二极管402反而是热连通于光发射次组件模组的本体以逸散热量。此外，光发射次组件模组的本体亦可通过阶梯部211热连通于光收发器基板202以进一步增加逸散的热量。因此，于一实施例中，各个光发射次组件模组能提供热连通路径311，且热连通路径311藉由相关的镭射二极管次安装件、光发射次组件本体及光收发器基板202的阶梯部211延伸于各个镭射二极管及光收发器基板202之间。
接着参阅图3至图5，各个镭射配置的元件可同轴地或实质上同轴地设置并对齐于相对应的光耦合插座的长轴中心线(如图2所示)。光发射次组件配置206的各个光发射次组件模组亦可因此被称为方块类型的同轴光发射次组件或简称为同轴光发射次组件。须注意的是，方块类型的光发射次组件基座使各个镭射组件能被安装于邻近方块类型的光发射次组件的位置，例如以并排的方式直接地彼此接触。或者，多个方块类型的光发射次组件基座之间的间隔能提供邻近的光发射次组件模组之间的热绝缘(例如基于空气间隙)并同时确保光发射次组件配置206具有相对较小的整体占位面积。
于运作过程中，举例来说，光发射次组件配置206的各个光发射次组件模组205-1至205-4能发出相关的频道波长并沿光纤209发射频道波长。相关的监控光二极管监控并确保各个光发射次组件模组205-1至205-4的额定功率。如上所述，各个光发射次组件模组包含至少一镭射二极管(如镭射二极管402)及至少一相对应的监控光二极管(例如由监控光二极管模组252提供)，藉以监控光输出功率。如图3所示，举例来说，监控光二极管模组252光学地对齐于镭射二极管402的背面以接收并量测从其发出的光的一小部分(例如1％至3％)。镭射临界电流及斜率效率(slope efficiency)皆为温度及熟成时间(aging time)的函数。为了维持额定的光输出功率，可改变施加于镭射器的电性偏压电流及调变电流来补偿温度及/或熟成时间的变化所带来的改变。多频道光收发器模组200能基于量测到的光改变施加于镭射二极管402的电流，以例如基于监控光二极管模组252的平均输出电流维持稳定的输出功率。
请参阅图6A至图6C，根据一实施例呈现有适合与监控光二极管模组252一起使用的示例性监控光二极管次安装件610。如上所述，监控光二极管次安装件610用以耦接于监控光二极管251并将监控光二极管251对齐于相关的镭射二极管。监控光二极管次安装件610包含基座617，基座具有多个侧壁以提供至少一安装面及至少一配合面，其中至少一安装面用于支撑监控光二极管及支持电路且至少一配合面用于耦接于相关的收发器基板。基座617例如能包含硅(Silicon，Si)或任何其他非导体性的合适刚性材料。基座617可单独地由材料的单一结构形成或由多个结构形成。虽然以下的描述包含将金属材料设置/图案化于(例如由硅形成的)非导体性基座以提供电性导体路径的态样，但基座617可至少部分地由导体材料(如金属)形成以提供整合的线路。于此示例中，可藉由将电性绝缘层设置于多个独立的电性电路/路径之间来提供这些独立的电性电路/路径。
接着，如图所示，界定监控光二极管次安装件610的基座617的至少一侧壁提供安装面609，安装面609用于耦接于并支撑监控光二极管251。如以下所详述，界定监控光二极管次安装件610的基座617的至少一侧壁更提供配合面614，配合面614用于安装于光发射次组件连接垫并由光发射次组件连接垫支撑。如图所示，安装面609实质上相对于配合面614横向延伸以为监控光二极管251提供垂直安装位向(vertical mounting orientation)。
基座617更至少提供第一电性导体路径611及第二电性导体路径613，第一电性导体路径611及第二电性导体路径613使用设置/图案化于其上的导体线路沿基座617的多个侧壁设置。具体地，第一电性导体路径611至少由设置于基座617的第一导体线路612-1及第二导体线路612-2(或导体部)共同提供。同样地，第二电性导体路径613至少由设置于基座617的第三导体线路612-3及第四导体线路612-4(或导体部)共同提供。导体线路612-1至612-4的图案化能包含将一或多层的金属材料沉积于基座617的侧壁，金属材料例如为铜、银或其他合适的材料。
至少部分的第一导体线路612-1界定出安装面609，且安装面609用于实体地且电性地耦接于监控光二极管251。此外，第一导体线路612-1包含具有相对为矩形轮廓的区域，此矩形轮廓的宽度约为监控光二极管251的宽度的1.2至1.3倍。此矩形轮廓的尺寸可改变而使得其角落实质上设置于安装面609的中心。可因此藉由确保监控光二极管251的边缘619-1、619-2实质上安装成齐平于第一导体线路612-1所提供的矩形垫部的远程边缘，而沿X、Y及Z轴初步地完成监控光二极管251相对于基座617的对齐(更重要的是相对于相关的镭射二极管的对齐)。换言之，监控光二极管251的对齐能包含将其安装于第一导体线路612-1的默认位置，而使得边缘619-1、619-2平行于界定出矩形垫部的边缘延伸并包含位于他们之间相对均匀的间隙，此间隙量测为约0至100微米。第一导体线路612-1可因此例如以矩形垫部或是其他规则或不规则的几何形状提供视觉对齐指针(visual alignmentindicator)，藉以为监控光二极管提供默认安装位置的视觉表征(visualrepresentation)，进而简化其安装及对齐方式。
如上所述的将监控光二极管251安装及对齐于监控光二极管次安装件610的流程能在接附至光收发器基板202(如图2所示)之前进行。监控光二极管次安装件610可因此被安装于光收发器基板202，且监控光二极管251至少沿X及Z轴对齐于相关的镭射二极管。沿Y轴的对齐能仅包含横向平移监控光二极管次安装件610直到达成与相关的镭射二极管的额定光耦合。
接着，当监控光二极管次安装件耦接于光收发器基板202时，第一导体线路612-1朝光收发器基板202延伸。第一导体线路612-1在耦接于光收发器基板202的第一安装面245时也实质上相对光收发器基板202的第一安装面245横向延伸(如图3所示)。第一导体线路612-1接着根据基座617的相关侧壁之间的边缘/交会处而过渡(transition)到第二导体线路612-2。第二导体线路612-2实质上相对于安装面609横向延伸，且在耦接于光收发器基板202的第一安装面245时实质上相对于光收发器基板202的第一安装面245平行延伸(如图3至图5所示)。
如附图进一步所示，第三导体线路612-3及第四导体线路612-4设置于基座617以共同界定出第二电性导体路径而将监控光二极管251电性耦接至光收发器基板202。如图所示，第三导体线路612-3设置于安装面609并例如用以通过焊线电性耦接于监控光二极管251。当监控光二极管次安装件610耦接于光收发器基板202时，第三导体线路612-3朝光收发器基板202延伸。第三导体线路612-3在基座617的侧壁之间的边缘/交会处过渡到第四导体线路612-4。第四导体线路612-4实质上相对于安装面609横向延伸且实质上相对于光收发器基板202的第一安装面245平行延伸。
当监控光二极管次安装件610耦接于光收发器基板202时，第一电性导体路径611及第二电性导体路径613因此包含至少一区域/部分，此至少一区域/部分实质上相对形成于光收发器基板202的第一安装面245及配合面614之间的界面平行延伸并邻近于此界面。如以下所详述，第一电性导体路径611及第二电性导体路径613能使用导体环氧树脂或其他能设置于监控光二极管次安装件610附近的导体材料电性耦接于光收发器基板202。
监控光二极管251能包含具有侦测表面603(或称为侦测区域)的表面监控光二极管，侦测表面603具有接收区域602，且接收区域602用以藉由沿X、Y及Z轴对齐而光学地耦接于相关的镭射二极管。具体地，对齐包含将接收区域设置于与光路径交会的位置，其中光路径从相关的镭射二极管的背面朝监控光二极管延伸。阳极604设置于侦测表面603。监控光二极管251的阴极(未绘示)被提供于相对于侦测表面603的表面。监控光二极管251(例如直接地)安装于第一导体线路612-1，且相关的阴极电性连接于第一电性导体路径611。阳极604例如通过焊线电性耦接于第二电性导体路径613。
如图6A至图6C所示，监控光二极管次安装件610的基座617能包含通道631-1、631-2(也可称为缺口)。通道631-1、631-2实质上相对于安装面609横向延伸并包含曲线/弓形轮廓(如图所示)。通道631-1、631-2的其他外形及态样也属于本发明的范畴。如图所进一步呈现，第二导体线路612-2及第四导体线路612-4至少部分地设置于通道631-1、631-2上。通道631-1、631-2能有利于促进环氧树脂层509的流动及黏合(如图5所示)，藉以将监控光二极管次安装件610稳固地接附于相关的收发器基板，如光收发器基板202。此外，通道631-1、631-2藉由提供渐缩的外形而降低配合面614的整体占位面积，进而降低监控光二极管次安装件610在耦接于光收发器基板202时的整体占位面积(如图5所示)。通道631-1、631-2可因此界定出渐缩区域，且渐缩区域至少部分地界定出配合面614。
如以下所详述，当监控光二极管次安装件610通过配合面614安装于光收发器基板202时，具有传导性的环氧树脂层509能流动至通道631-1、631-2中以将监控光二极管次安装件610稳固地接附于默认位置。通道631-1、631-2的圆角轮廓/形状能促进黏着力的提升，并使相对大量的导体环氧树脂能被利用且实质上被限制为不会意外地接触到邻近的导体垫部/线路。须注意的是，虽然图6A至图6C中的实施例呈现两个通道631-1、631-2，但本发明并不以此为限。依据所需的态样，根据本发明的监控光二极管次安装件能具有单个通道、多个通道(如图所示)或不具有通道。
如图6C所示，第一电性导体路径611及第二电性导体路径613也能分别包含第五导体线路612-5及第六导体线路612-6。第五导体线路612-5及第六导体线路612-6能设置于背面616，且背面616相对于安装面609设置。于本实施例中，第五导体线路612-5及第六导体线路612-6能通过导体环氧树脂进一步增加导电性，并能平衡施加于监控光二极管次安装件610的结合应力(bonding stress)。
请再次参照图3至图5并额外参照图6A至图6C，监控光二极管次安装件610被呈现为系作为监控光二极管模组252实施。这些监控光二极管模组252用以被设置于光发射次组件连接垫423、424，并在耦接于其时于监控光二极管模组252及界定光收发器基板202的多个表面之间形成界面504(如图5所示)。具有传导性的环氧树脂层509(如银环氧树脂)可沿位于监控光二极管模组252及界定光收发器基板202的多个表面之间的界面504设置，具体来说系沿光发射次组件连接垫423、424设置。
因此，第一电性导体路径611及第二电性导体路径613(如图6A所示)至少部分地根据具有传导性的环氧树脂层509电性耦接于收发器基板的垫部/线路。在具有传导性的环氧树脂层509固化时，能达成对监控光二极管位向沿Y轴的微小调整(例如相对于相关的镭射二极管)，进而允许更大的公差并允许多个制造状态同时发生。为了避免或降低反射损失，接收区域602可以一倾角相对镭射二极管的光路径设置。此倾角例如可介于0度到15度之间，且较佳地相对法线约为8度。
〔阶状轮廓架构〕
请参阅图7A，呈现有根据一实施例的光收发器基板202的局部放大剖面图。需注意的是，图7A的实施例呈现具有如上所述的垂直安装监控光二极管的镭射配置。然而，阶状轮廓同样地可应用于其他光发射次组件态样，其他光发射次组件态样包含将监控光二极管安装于光发射次组件本体的设计(如图7B所示)。
如图7A所示，第一安装面245至少界定出部分的第一安装区域以允许元件的安装并提供用以与外部电路电性互连的线路。第一安装区域能因此从第二端207延伸至设置于第一端203的第二安装区域。
第二安装区域至少部分地由阶梯部211界定。阶梯部211界定出至少部分的阶状轮廓，如上所述，阶状轮廓能简化光发射次组件模组的对齐及耦合过程。阶状轮廓，具体上为阶梯部211，至少部分地由内凹光发射次组件安装面702界定，内凹光发射次组件安装面702于此亦可简称为内凹安装面。内凹光发射次组件安装面702从第一安装面245以一第一偏移距离OD1偏离/凹陷。第一偏移距离OD1测量为介于10至50微米之间，较佳地为10至20微米。
阶状轮廓可因此由内凹光发射次组件安装面702提供，其中内凹光发射次组件安装面702实质上相对于第一安装面245平行延伸且相对于垂直面704横向延伸，且垂直面704邻接于内凹光发射次组件安装面702及第一安装面245。能预设垂直面704的整体高度以建立第一偏移距离OD1。如图2及图7A所示，第一安装区域被呈现为光收发器基板202中具有第一整体宽度W1的部分。第一安装区域较佳地包含均匀的宽度，或可沿长轴250(参阅图2)变化直到最大宽度等于第一整体宽度W1。另一方面，第二安装区域被呈现为光收发器基板202中具有第二整体宽度W2的部分，且第二整体宽度W2小于第一整体宽度。第二安装区域亦较佳地包含均匀的宽度，但本发明不以此为限，且第二整体宽度W2能沿长轴变化直到最大宽度等于第二整体宽度W2。
如图7A进一步所呈现，光发射次组件模组205-1包含本体706(或称为基座)，本体706用以稳固地安装(例如边缘安装)于光收发器基板202的第二安装区域。本体706包含多个侧壁，侧壁提供基板配合面708-1及元件安装面708-2。基板配合面708-1相对元件安装面708-2设置，在图7A至图7B所呈现的实施例中，可通过由本体706的侧壁界定的开口710到达(access)元件安装面，本体706的侧壁实质上从元件安装面708-2横向延伸。
因此，内凹光发射次组件安装面702支撑并位于基板配合面708-1的至少一部分之下，进而支撑并位于至少一光发射次组件模组205-1的本体706之下。于一实施例中，环氧树脂或其他黏合材料可设置于内凹光发射次组件安装面702及基板配合面708-1之间，以将本体706稳固地接附于光收发器基板202，但如焊接的其他接附方法亦位于本发明的范畴。在本实施例中，阶状轮廓大致上作为一坝部以防止环氧树脂接触其他表面，例如基板配合面708-1。因此，阶状轮廓亦有助于在制造过程中装载并限制环氧树脂，这能减少元件故障率以及用于移除过多环氧树脂的后处理阶段所需的时间。
内凹光发射次组件安装面702能包含一或多层设置于其上的金属材料(参阅图7B)(例如金或铜)，以增加光发射次组件模组205-1及光收发器基板202之间的热连通及/或允许通过焊接(welding)/软焊(soldering)接附。
请参阅图7B并额外参照图7A，本体706包含至少一镭射配置712，镭射配置712安装于本体706的元件安装面708-2。如图所示，镭射配置712包含镭射二极管驱动器714、镭射二极管716、监控光二极管718及汇聚透镜720。镭射配置712可根据期望的态样而包含更多或更少的主动及/或被动光学元件，并且图7B所呈现的实施例并不旨在限制。
如图进一步所示，至少一镭射配置712通过次安装件722及基座板709安装于本体706，更具体为安装于元件安装面708-2。次安装件722能为至少一镭射配置712的元件提供用于电性连接的线路/终端。次安装件722(例如包含基座板709)的整体高度H1可因此量测为实质上等于或大于第一偏移距离OD1。因此，于第一安装面245绘制出平行于其的一假想线，且此假想线能相交于次安装件722及/或至少一镭射配置712的至少一元件，至少一镭射配置712例如为镭射二极管驱动器714及镭射二极管716。
换言之，次安装件722使至少一镭射配置712的元件相对于本体706的元件安装面708-2位移(例如位移整体高度H1)，但垂直位移依据光收发器基板202的阶状轮廓而垂直“偏移(offset)”，更具体为相对于光收发器基板202的第一安装面245偏移于内凹光发射次组件安装面702的第一偏移距离OD1。简言之，内凹光发射次组件安装面702相对于第一安装面245下沉。第一安装面245及次安装件722的顶面之间的整体高度H2为小于400微米，较佳地小于200微米，其中次安装件722的顶面支撑至少一镭射配置712的光学元件。
因此，相对短的电性互连装置(例如焊线724)将镭射二极管驱动器714电性耦接于设置于第一安装面245的射频终端726(或称为线路)。在所呈现的实施例中，各个焊线724的整体长度量测为介于400及500微米之间，较佳地小于400微米。此外，各个焊线724相对于第一安装面245以一倾角θ延伸，且倾角θ小于或等于45度。
根据本发明的具有阶状轮廓的基板有利地将元件(例如镭射二极管驱动器)设置于邻近光收发器基板202的支持终端的位置。相较之下，考虑图8的实施例，图8所呈现的基板及光发射次组件模组与图7A至图7B所呈现的基板及光发射次组件模组具有实质上相似的大小及尺寸。然而，如图7A及图7B所示的光收发器基板202的阶状轮廓能使焊线724的长度相对于图8的焊线缩短/减少多达50％以上。此外，焊线724以相对为锐角的倾角θ延伸以提供低版(low-profile)实施态样。另一方面，如图8所示的焊线808以约90度的角度从收发器基板804延伸，这会增加意外接触及损坏的风险。在任何情况中，此种焊线长度的减少直接地转换为讯号质量的提升，且还能实现较长的电性互连装置无法达成的最大传输速率。
根据本发明一态样揭露有一种光次组件模组。光次组件模组包含一基板、一第一安装区域及一第二安装区域。基板具有用以电性耦接于一外部电路的一电性耦合端以及用以将至少一频道波长发射至波导的一光学耦合端，电性耦合端相对光学耦合端设置。第一安装区域位于基板的电性耦合端以将用于电性互连的多个线路提供给外部电路，第一安装区域至少部分地由一元件安装面界定，元件安装面由基板的一侧壁提供。第二安装区域位于基板的光学耦合端以通过一内凹光发射次组件安装面耦接并支撑至少一光发射次组件模组，内凹光发射次组件安装面基于一阶状轮廓被设置为以一第一偏移距离偏离元件安装面，阶状轮廓至少部分地由内凹光发射次组件安装面界定，内凹光发射次组件安装面实质上相对于元件安装面平行延伸且实质上相对于邻接于内凹光发射次组件安装面及元件安装面的一垂直面横向延伸。
根据本发明一态样揭露有一种光收发器。光收发器包含一收发器基板、至少一元件安装面、一内凹光发射次组件安装面、至少一光发射次组件模组以及一光接收次组件配置。收发器基板具有相对设置的一光学耦合端及一电性耦合端。元件安装面由收发器基板提供且延伸于光学耦合端及电性耦合端之间。内凹光发射次组件安装面位于收发器基板的光学耦合端以耦接并支撑至少一光发射次组件模组。内凹光发射次组件安装面实质上相对于至少一元件安装面平行延伸且实质上相对于邻接于内凹光发射次组件安装面及至少一元件安装面的一垂直面横向延伸。光发射次组件模组耦接于收发器基板的光学耦合端。光接收次组件配置耦接于收发器基板。
虽然本发明的原理已于此描述，但是可以理解的是，本领域普通技术人员可理解这些叙述仅为示例性的而不用于限定本发明的范围。除了于此描述及呈现的示例性实施例之外，其他的实施例也位于本发明的范围内。本领域普通技术人员当可进行一些修改及替换，且这些修改及替换也位于本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种光次组件模组，其特征在于，该光次组件模组包含：
一基板，具有用以电性耦接于一外部电路的一电性耦合端以及用以将至少一频道波长发射至波导的一光学耦合端，该电性耦合端相对该光学耦合端设置；
一第一安装区域，位于该基板的该电性耦合端以将用于电性互连的多个线路提供给该外部电路，该第一安装区域至少部分地由一元件安装面界定，该元件安装面由该基板的一侧壁提供；以及
一第二安装区域，位于该基板的该光学耦合端以通过一内凹光发射次组件安装面耦接并支撑至少一光发射次组件模组，该内凹光发射次组件安装面基于一阶状轮廓被设置为以一第一偏移距离偏离该元件安装面，该阶状轮廓至少部分地由该内凹光发射次组件安装面界定，该内凹光发射次组件安装面实质上相对于该元件安装面平行延伸且实质上相对于邻接于该内凹光发射次组件安装面及该元件安装面的一垂直面横向延伸；并且
其中位于该基板的该光学耦合端的该第二安装区域用以边缘安装于该至少一光发射次组件模组，而使得在该至少一光发射次组件模组耦接于该基板的该光学耦合端时，该至少一光发射次组件模组的一部分从该基板的该光学耦合端延伸出来。
2.如权利要求1所述的光次组件模组，其特征在于，该光次组件模组更包含边缘安装于基板的该第二安装区域的该至少一光发射次组件模组，该至少一光发射次组件模组具有一本体，该本体具有用以耦接于一镭射配置的一元件安装面以及相对该本体的该元件安装面设置的一基板配合面，该本体的该基板配合面耦接于该基板的该光学耦合端的该内凹光发射次组件安装面并沿一轴从该基板延伸，该轴实质上平行于该基板的一长轴。
3.如权利要求2所述的光次组件模组，其特征在于，该本体的该基板配合面以该第一偏移距离垂直偏离于该基板的该元件安装面。
4.如权利要求2所述的光次组件模组，其特征在于，该至少一光发射次组件模组的该镭射配置包含一次安装件及耦接于该次安装件的一镭射二极管，其中于该基板的该元件安装面绘制出平行于其的一线，该线相交于该次安装件及/或该镭射配置的该镭射二极管。
5.如权利要求2所述的光次组件模组，其特征在于，该至少一光发射次组件模组的该镭射配置更包含一镭射二极管驱动器，该镭射二极管驱动器设置于该至少一光发射次组件模组的该元件安装面。
6.如权利要求5所述的光次组件模组，其特征在于，该镭射二极管驱动器电性耦接于多个射频终端，该多个射频终端通过多个焊线设置于该基板中相邻于该光学耦合端的该元件安装面。
7.如权利要求6所述的光次组件模组，其特征在于，各个该焊线以小于或等于45度的一角度从该基板的该元件安装面延伸。
8.如权利要求6所述的光次组件模组，其特征在于，各个该焊线具有小于500微米的一整体长度。
9.如权利要求1所述的光次组件模组，其特征在于，该基板的该阶状轮廓提供一对齐导引件，从而使界定该阶状轮廓的该垂直面提供机构止挡功能以限制该至少一光发射次组件模组沿一第一轴的移动，并且该内凹光发射次组件安装面支撑该至少一光发射次组件模组并限制该至少一光发射次组件模组沿一第二轴的移动，该第二轴不同于该第一轴。
10.如权利要求1所述的光次组件模组，其特征在于，该第二安装区域用以耦接并支撑多个光发射次组件模组。
11.如权利要求1所述的光次组件模组，其特征在于，该基板为一印刷电路板，其中该光次组件模组为能够发射多个频道波长的多频道光收发器或多频道光发射器。
12.一种光收发器，其特征在于，该光收发器包含：
一收发器基板，具有相对设置的一光学耦合端及一电性耦合端；
至少一元件安装面，由该收发器基板提供且延伸于该光学耦合端及该电性耦合端之间；
一内凹光发射次组件安装面，位于该基板的该光学耦合端以耦接并支撑至少一光发射次组件模组，其中该内凹光发射次组件安装面实质上相对于该至少一元件安装面平行延伸且实质上相对于邻接于该内凹光发射次组件安装面及该至少一元件安装面的一垂直面横向延伸；
至少一光发射次组件模组，耦接于该收发器基板的该光学耦合端；
其中该收发器基板的该光学耦合端用以边缘安装于该至少一光发射次组件模组，而使得在该至少一光发射次组件模组耦接于该收发器基板的该光学耦合端时，该至少一光发射次组件模组的一部分从该收发器基板的该光学耦合端延伸出来；以及
一光接收次组件配置，耦接于该收发器基板。
13.如权利要求12所述的光收发器，其特征在于，更包含多个射频终端，该多个射频终端设置于接近该光学耦合端的该至少一元件安装面，其中该至少一光发射次组件模组通过一或多个焊线电性耦接于射频终端。
14.如权利要求12所述的光收发器，其特征在于，该内凹光发射次组件安装面相对于该收发器基板的该至少一元件安装面垂直偏离一第一偏移距离。
15.如权利要求12所述的光收发器，其特征在于，该至少一光发射次组件模组包含多个光发射次组件模组，其中各个该光发射次组件模组包含一次安装件及耦接于该次安装件的一镭射二极管驱动器。
16.如权利要求15所述的光收发器，其特征在于，该多个光发射次组件模组的各个该镭射二极管驱动器邻设于该至少一元件安装面，其中于该至少一元件安装面绘制出平行于其的一线，该线相交于该多个光发射次组件模组的各个该次安装件及/或该镭射二极管驱动器。
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