CN1461958A - 光学模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有热插入结构的光学模块，其中由该接线基板与模块外壳的热膨胀系数差导致机械应力，为此要增强模块的可靠性。本发明的光学模块包括两个光学子部件12，14、一接线基板18、一外壳20和托架22。该外壳包括一其中封装有该子部件的前空间，和一封装该接线基板的后空间。该托架具有一弹性部分，用于将该接线基板压紧外壳的后空间。在该外壳前空间与后空间之间的隔壁上设置一挡板，将该接线基板压紧在该挡板上。

Description

光学模块

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种光学连接模块，通过它发射和/或接收光信号。

2.相关现有技术

光连接模块具有一将电信号转换成光信号的光发射子部件(TOSA)，和一将光信号转换成电信号的光接收子部件(ROSA)。这些TOSA和ROSA被封装在外壳内，以便与接线基板相连。美国专利6,074,228中公开了这种光学连接模块。

TOSA、ROSA和接线基板被安装并固定在该外壳内。在具有插入功能的连接模块中，需要接线基板的精确定位，以便将基板与外部端子相连。当接线基板牢固固定在外壳内以确保定位精确时，由于部件热膨胀系数差异导致的残余应力在TOSA和ROSA固定到接线基板上的部位积累，导致变形和模块可靠性降低。

发明概述

本发明意在解决残余应力在TOSA/ROSA与接线基板连接部位中积累的问题，从而增强其操作稳定性。

根据本发明的一种光学模块，包括一光学子部件，一接线基板，一具有一前空间、一后空间以及一设置在该前空间与该后空间之间的挡板的外壳，和一支撑该接线基板的托架。该接线基板上安装有电子元件，并与该光学子部件电连接。该外壳的前空间封装该光学子部件，其后空间封装该接线基板。前空间、挡板和后空间沿一假想轴依次设置。该托架具有一弹性部分，用来朝向前空间压该基板，以使该接线基板紧靠该挡板。

在本光学模块中，该接线基板由托架支撑，并通过该托架的弹性部分压紧外壳的挡板。因而，该接线基板沿该假想轴方向的位置被精确确定，无需将该基板牢固地固定到外壳上。这种结构能补偿接线基板与外壳之间的热膨胀差异，防止残余应力积累，增强该模块的可靠性。

本发明的接线基板最好有一具有第一宽度的第一部分，一具有大于该第一宽度的第二宽度的第二部分，和一设置在该第一部分与第二部分之间的锥形部。该托架最好包括一具有一开口的基底，接线基板的该第一部分通过该开口插入，并且该弹性部分被设置成将该开口夹在中间。接线基板和托架的这些结构能通过将接线基板的第一部分经由该开口插入而支撑该接线基板，并且能通过将接线基板沿该假想轴方向压向前空间而定位该接线基板，无需牢固固定到外壳上。

在本发明中，该托架最好包括挂钩，且该外壳最好包括一对侧壁，侧壁上具有一用于钩住托架上挂钩的挂钩。通过挂钩之间的钩紧机制，能将接线基板固定到外壳上。

在根据本发明的光学模块中，该侧壁最好具有一沿该假想轴延伸的凹槽，用于引导接线基板。通过沿凹槽引导该基板，该凹槽使该接线基板封装到外壳中非常简单。另外，该凹槽最好具有至少一对内壁，和一用于将该接线基板压紧该凹槽的内壁之一的弹性片。这种结构可以沿垂直于该假想轴方向定位接线基板，无需牢固固定到外壳上。

在根据本发明的光学模块中，该光学子部件最好包括一具有第一直径的第一部分，一具有小于该第一直径的第二直径的第二部分，以及一用于将该第一部分连接到该第二部分的台阶。另外，该外壳最好具有一沿该假想轴方向靠近前空间的光学插座，和一具有从该前空间穿透到该光学插座的孔的隔板。最好将该光学子部件设置成，使其第二部分插入该孔中，并且该台阶紧靠该隔板。这种结构能沿该假想轴方向定位该光学子部件。

在根据本发明的光学模块中，该光学子部件最好具有多个引线端，用于将该子部件与接线基板电连接。该引线端最好将该接线基板加在中间，并且具有弹性。该结构不仅能提高模块的生产率，而且提高模块的可靠性。

在根据本发明的光学模块中，该光学子部件可为一发射光学子部件(TOSA)或一接收光学子部件(ROSA)。另外，本发明的光学模块可以包含TOSA和ROSA。

附图简要说明

图1为说明本发明光学模块的分解图；

图2为该光学模块的底部透视图；

图3为该光学模块的顶部透视图；

图4A和图4B表示该托架的结构；

图5表示构成该光学模块的各个元件的位置；以及

图6表示将光学模块安装到包含主连接器的外部板上时的结构。

实施例详细描述

将描述本发明的最佳实施例。在附图中，用相同附图标记表示彼此相同的元件，不进行重复说明。

图1为从本实施例光学连接模块10底部看到的透视图。该连接模块10具有一发射光学子部件(TOSA)12，一接收光学子部件(ROSA)14，一其上安装有多个电子元件的接线基板，一用于固定该接线基板的托架22，以及一用于将该TOSA、该ROSA和该接线基板封装在其中的外壳20。

该发射光学子部件12包括一管状的用于封装一光发射器件如激光二极管的第一部分12a，和一管状的第二部分12b。该第二部分12b包含一金属包头和一用于容纳该金属包头的套管，光纤端部通过该金属包头插入。该第一部分的外径大于第二部分的外径，从而在两部分之间的边界处形成一台阶12c。三个引线端24从该第一部分伸出。这些引线端相应于具有正常相位的信号，具有反相位的信号和光学监视器的信号。

该接收光学子部件14包括一管状的用于封装一光接收器件如光电二极管的第一部分14a，和一管状的第二部分14b。与TOSA相似，该第二部分14b包含一金属包头和一用于容纳该金属包头的套管，光纤端部通过该金属包头插入。该第一部分14a的外径大于该第二部分14b的外径，从而一台阶14c构成两部分之间的边界。五个引线端26从ROSA的该第一部分伸出。这些引线端分别相应于具有正常相位的信号，具有反相位的信号，提供给该光电二极管的偏压，电源和接地。

接线基板18为由多层树脂材料制成的印刷电路板，并且大体上为矩形。切割两侧部分，从而形成一具有第一宽度的第一部分28，一具有小于该第一宽度的第二宽度的第二部分30，和处于其间的锥形部32。某些电子元件16，如用于驱动TOSA12中的光发射器件的IC，和另一对ROSA14中光接收器件接收的信号进行处理的IC，被安装在该接线基板的两个表面上。

靠近接线基板前端的区域提供一用于TOSA12的端子34和多个用于ROSA的端子36，同样，接线基板的前表面提供有用于TOSA12和用于ROSA14的多个端子。这些设置在前表面前端的端子在图1中未示出。

该接线基板两个表面的后端设置有多个端子38，用于与图6中所示的电连接器92相接触。这些端子相应于接地端子，电源端子和信号端子。

外壳20包括一主体40，一用于遮盖图6中电连接器92的连接器上盖42，和一用于接纳光学连接器的光学插座44。该主体40、连接器上盖42和插座44沿假想的Z-轴设置。

主体40具有一上壁46和一对侧壁48。这些壁沿Z-方向设置，并在此处围成一空间。前空间50将TOSA12和ROSA14封装在其中，而后空间52安放接线基板18。通过沿Z-方向延伸的隔板54，前空间50被分成TOSA安装空间50a和ROSA安装空间50b。在隔板端部紧靠该接线基板28设置挡板54a，防止基板28晃动。

如图3所示，主体40的上壁46包括一前壁46a，一后壁46b和一将该前壁46a与该后壁46b相连的肋46c。前壁46a限定前空间50，且其内表面支撑TOSA和ROSA。另一方面，后壁46b限定后空间52，并与连接器上盖42相连。在后壁46b的中心形成一开口，在该开口中由开口后缘固定和支撑一弹性片56。

在侧壁48的内表面中形成一用于引导该接线基板18的凹槽58。凹槽58的前端提供一弹性件60，当接线基板18插入该凹槽时该弹性件能上下弯曲。另外，在靠近侧壁48后端的内表面中形成一挂钩62，用于支撑托架22。各个凹槽具有至少一对内表面，其中一个内表面压紧该接线基板。

光学插座44通过垂直于Z-方向的隔壁64与前空间50分隔开。该插座具有一对开口66a，66b，用于配合如图6所示设置在光纤端部的光学连接器94。该对开口66a，66b分别相应于TOSA安装空间和ROSA安装空间。开口66a通过形成在隔壁中的孔64a与TOSA安装空间50a连通，开口66b通过孔64b与ROSA安装空间50b连通。

托架22包括一基础部分68，一弹性部分70和侧面部分72。该基础部分具有一开口68a，通过它插入接线基板18的第二部分。弹性部分70从基础部分向上构制，并围绕该开口。该侧面部分从弹性部分70向上构制，并在其外表面中具有挂钩72a。通过挂钩72a和设置在侧壁48内表面中的另一挂钩62，将托架22钩紧到外壳20上。由形成在侧壁相应内表面中的该对挂钩和形成在托架22中的相应挂钩，实现该托架22与外壳20的钩紧机制。

如图4所示，当TOSA 12的第二部分插入隔板64中提供的孔64a中时，TOSA 12处于TOSA安装空间50a中。通过TOSA 12的台阶12c紧靠隔板64这样一种结构，确定TOSA 12沿z-方向的位置。同样，当ROSA 14的第二部分插入孔64b时，ROSA 14处于外壳20内的ROSA安装空间50b中。通过ROSA 14的台阶14c紧靠隔板64这样一种结构，确定ROSA 14沿z-方向的位置。

接线基板18封装在外壳20的后空间52中。通过侧壁48中的一对凹槽58，从连接器上盖42一侧引导该基板朝向其前端，紧靠在隔板54的挡板54a上。当将接线基板18具有相对较窄宽度的第二部分30插入开口68a中，并使锥形部32压紧托架22的弹性部分70时，接线基板18被托架22固定。托架22两侧提供的挂钩72a与外壳侧壁48内表面中设置成的相应挂钩62钩紧。由弹性件60向下压接线基板18，而其前端紧靠隔板54的挡板54a，从而沿z-方向限定基板18的位置。此外，由设置在后壁46上的弹性片56和分别设置在凹槽58前端的一对弹性件60向下压该接线基板，从而使基板18压紧凹槽58的一个内表面，如图6所示。

当TOSA 12的三个引线端24从接线基板18两个表面将接线基板18夹在中间时，便安装好该TOSA 12；当ROSA 14的五个引线端26将基板18夹在中间时，便安装好ROSA 14。这些引线端24、26固定到接线基板18上的相应端子34、36上。引线端24、26最好具有弹性，以便与端子34、36牢固接触，从而提高该模块的生产率。

如图6所示，由于接线基板18固定在上壁46下方，与之具有一定空间，故能在接线基板的两个表面上安装电子元件，实现高密度组装。接线基板18的后端从后空间52伸出，并延伸到连接器上盖42。

该光学连接模块被安装在具有主连接器92的外部插件板90中。该主连接器92具有一插孔92a，用以与接线基板18配合。在该主连接器的插孔92a内设置多个引线端92b，用于与接线基板18上的端子38电连接。当将连接模块10安装到外部插件板90中时，主连接器92被外壳20的连接器上盖42封装，且其插孔92a与接线基板18的后端配合。这在基板18上的端子38与插孔92a内相应引线端92b之间形成电接触。在释放连接模块10时，接线基板的后端从插孔92a中抽出。因此，根据本实施例的光学连接模块10具有与接线基板后端部分中的主连接器的引线端92b电连接的端子，从而实现热插入(hot-pluggable)结构。

根据本发明的光学连接模块10，当接线基板18具有相对较窄宽度的第二部分30插入托架22的开口68a中时，通过托架22与外壳20之间形成的锁紧机制，该托架22固定接线基板18。接线基板18的锥形部32压紧在托架的弹性部分70上。弹性部分70的弹力向前压接线基板18，从而使基板18的前端紧靠隔板54的挡板54a。从而，托架22将接线基板18精确设置在外壳20内，无需与外壳牢固固定，放松了基板18与外壳20之间热膨胀系数的差别。一般，构成外壳20的树脂材料的热膨胀系数为大约20ppm/℃，而接线基板的热膨胀系数为大约10ppm/℃。通过使沿z-方向按压接线基板锥形部32的托架的弹性部分70变形，可补偿该部件之间的热膨胀系数差。这种结构能将基板18连接部分中积累的残余应力释放到引线端24、26，以保持稳定操作，并且提高了模块10的可靠性。

本实施例的连接模块10在两个侧壁48的内表面中具有沿z-方向延伸的凹槽58。通过在凹槽58内滑动基板18，能将接线基板18引导到外壳20中。另外，模块10具有向下压接线基板的弹性件60和弹性片56。这可以提高基板18沿垂直于Z-方向的定位精度。

通过将TOSA 12和ROSA 14的第二部分12b，14b插入隔板64中形成的孔64a，64b中，并且将相应台阶12c，14c紧靠该隔板，便限定本实施例TOSA 12和ROSA的位置。另外，通过使TOSA和ROSA的第一部分靠近隔板54的后端，可以缩短引线端的长度，降低引线端中固有形成的寄生电感，从而提高模块10的高频性能。在本实施例的模块中，当多个引线端24，26将接线基板18夹在中间时，TOSA和ROSA便与接线基板18相接触，能提高模块10的生产率。

根据所描述的本发明，显然可以以多种方式改变本发明及其应用。例如，上述实施例同时具有TOSA和ROSA。不过，本发明可以应用于仅具有TOSA或ROSA的模块。

Claims (15)

1.一种光学模块，包括：

一光学子部件；

一与该光学子部件电连接的接线基板；

一外壳，其具有一用于封装该光学子部件的前空间，一用于封装该接线基板的后空间，以及一设置在该前空间与该后空间之间的挡板，该前空间和后空间沿一假想方向延伸；以及

一用于支撑该接线基板的托架，该托架具有一用于朝向该前空间压该基板的弹性部分，

其中该接线基板紧靠在该外壳的挡板上。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其中该接线基板有一具有第一宽度的第一部分，一具有大于该第一宽度的第二宽度的第二部分，以及一连接该第一部分与该第二部分的锥形部，其中该托架的该弹性部分朝向该前空间压该接线基板的该锥形部。

3.根据权利要求2所述的光学模块，其中该托架具有一带有开口的基础部分，该接线基板的该第一部分插入该开口中。

4.根据权利要求1所述的光学模块，其中该托架具有一对挂钩。

5.根据权利要求4所述的光学模块，其中该外壳具有一对侧壁，该侧壁具有用于钩紧该托架上的挂钩的挂钩。

6.根据权利要求5所述的光学模块，其中该侧壁具有一沿该假想方向延伸的凹槽，用于引导该接线基板，该凹槽具有一对内壁。

7.根据权利要求6所述的光学模块，其中该外壳还包括一处于该凹槽中的弹性件，用于将该接线基板压紧在该凹槽的其中一个内壁上。

8.根据权利要求6所述的光学模块，其中该外壳还包括一弹性片，用于将该接线基板压紧在该凹槽的内壁上。

9.根据权利要求1所述的光学模块，其中该光学子部件包括一具有第一直径的用于封装一光学半导体器件的第一部分，一具有小于该第一直径的第二直径的第二部分，以及一用于连接该第一部分与该第二部分的台阶，其中该外壳具有一沿该假想方向靠近该前空间的光学插座和一隔板，该隔板具有一从该前空间穿透到该光学插座的孔，该光学子部件被设置成，使其第二部分插入该孔中，并且该台阶紧靠该隔板。

10.根据权利要求1所述的光学模块，其中该光学子部件具有多个引线端，用于将该子部件与该接线基板电连接，其中该引线端与该接线基板相连，以将该接线基板夹在中间。

11.根据权利要求10所述的光学模块，其中该子部件的该引线端具有弹性。

12.根据权利要求1所述的光学模块，其中该光学子部件为发射光学子部件。

13.根据权利要求1所述的光学模块，其中该光学子部件为接收光学子部件。

14.根据权利要求1所述的光学模块，其中该模块包括一发射光学子部件和一接收光学子部件。

15.一种光学连接模块，包括：

一发射光学子模块；

一接收光学子模块；

一与该发射光学子模块和该接收光学子模块电连接的接线基板，该接线基板有一具有第一宽度的第一部分，一具有大于该第一宽度的第二宽度的第二部分，以及一连接该第一部分与该第二部分的锥形部；

一外壳，其包括沿一假想轴设置的一光学插座、一主体和一连接器上盖，该主体包括一用于封装该发射光学子部件和该接收光学子部件的前空间，一用于封装该接线基板的后空间，以及一设置在该前空间与该后空间之间的挡板，该前空间、该后空间和该挡板沿该假想轴方向设置；以及

一用于支撑该接线基板的托架，该托架具有一弹性部分，用于朝向该前空间压该基板的该锥形部，以使其紧靠该挡板。

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