CN204331098U - 一种多路并行光组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种多路并行光组件，包括其光连接器包括导针、激光器和/或探测器阵列及驱动芯片，PCB板具有柔性PCB板部，其固连有金属补强板和透镜座安装板，激光器和/或探测器阵列粘贴在条形凸台上；透镜座安装板上设有与定位槽，透镜座卡设在定位槽内，透镜阵列与所述激光器和/或探测器阵列对准耦合；透镜座上与导针安装通孔对应位置处设有导针装配孔，导针的一端穿过导针安装通孔、避让孔和导针装配孔，与导针装配孔过渡配合，并与导针安装通孔间由结构胶粘接固定。本实用新型能够实现透镜阵列与激光器和/或探测器阵列的无源耦合，耦合效率、精度高，操作简单；柔性PCB板部有利于减小封装尺寸，形成了元器件的高密度分布，增强环境适应能力。

Description

一种多路并行光组件

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种多路并行光组件。

背景技术

随着光纤通信领域中对通信带宽的要求越来越高，多路并行光纤传输或并行光互连的应用越来越广泛，为了实现多路并行光互连，通常采用多路并行光收发模块进行多路并行光互连。

并行模块与单路模块相比要求更高的元器件密度，更小的封装尺寸和重量、更低的能耗，同时对热设计、电磁干扰屏蔽设计、封装工艺设计、光电耦合设计和电路设计有较高的要求。并行光模块完善的结构设计方案直接决定模块性能和可靠性。因此，并行模块中的光组件对各芯片、透镜等部件的对准精度要求较高，误差要小，从而保证尽可能高的光耦合效率。

现有技术中，并行光组件的耦合通常采用有源耦合，即耦合过程中需要光组件中各芯片带电工作，耦合工艺复杂，效率低；另外，现有并行光模块现有技术中的多路并行光收发模块均采用符合国际标准的封装形式，包括QSFP MSA，SNAP12 MSA协议等，有些封装形式为实现其自有的某些特定功能，往往做成的封装尺寸较大，如SFF（49.56mm×13.59mm×9.8mm）、SFP（56.5mm×13.4mm×8.5mm）等，大都是由于其内部结构构造占用尺寸较大且各个部件之间结构设计不是很合理造成的。具体表现在，作为封装中常用的系统主板结构往往大都是采用刚性电路板，为直板状不能发生相应的弯曲，若弯曲则会损坏电路板上对应的元器件；另外，光组件的光部件装配结构不够紧凑，也会造成封装尺寸加大。这些封装光模块因为其封装尺寸较大使环境适应性较低，如果在比较恶劣环境中运行，由于其抗振性能低，可能会发生损坏或无法正常工作，并且在高可靠性系统中运行时其相应的可靠性也远远不能满足高可靠性系统要求。

发明内容

本实用新型提出一种新型的多路并行光组件，可以解决现有标准并行光组件耦合工艺复杂，效率低，且封装尺寸大，在高可靠性系统中运行时可靠性不能满足要求的问题。

为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种多路并行光组件，包括PCB板、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列的透镜座、安装在PCB板上的光连接器和电连接器，所述光连接器包括导针、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列及对应的驱动芯片，所述PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，所述电连接器位于所述刚性PCB板部上；所述柔性PCB板部固连有均与其平行设置的金属补强板和透镜座安装板，所述金属补强板与所述驱动芯片的热膨胀系数相近，且其上具有一条形凸台及位于条形凸台端部的导针安装通孔，所述激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在所述条形凸台上，所述驱动芯片通过高精度贴片机粘贴在所述金属补强板上，并位于所述激光器和/或探测器阵列的一侧，所述柔性PCB板部上对应设有将所述条形凸台、导针安装通孔、激光器和/或探测器阵列及驱动芯片露出的定位孔；所述透镜座安装板上设有与所述透镜座的轮廓形状相适配的定位槽，所述透镜座卡设在所述定位槽内，所述定位槽的槽底面为所述透镜座的安装光平面，且所述槽底面上具有用于露出所述条形凸台、导针安装通孔、激光器和/或探测器阵列的避让孔，所述透镜阵列与所述激光器和/或探测器阵列对准耦合；所述透镜座上与所述导针安装通孔对应位置处设有导针装配孔，所述导针的一端穿过所述导针安装通孔、避让孔和导针装配孔，且与所述导针装配孔过渡配合，并与所述导针安装通孔间由结构胶粘接固定。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和积极效果：

1、本实用新型中激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在条形凸台上，同时驱动芯片也由高精度贴片机粘贴在金属补强板上，可采用微米级的高精度贴片机拾取透镜座，将透镜座的各路透镜光口中心分别与激光器和/或探测器阵列的光敏面中心进行对准，实现透镜与激光器和/或探测器阵列在X轴和Y轴的光学尺寸对准，同时，透镜座卡设在定位槽内，由定位槽对透镜座进行Z方向的限位，实现透镜与激光器和/或探测器阵列在Z轴的光学尺寸对准，从而实现透镜与激光器和/或探测器阵列的无源耦合，无源耦合效率高，精度高，操作简单；

2、PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，将光连接器设置在与柔性PCB板部固连的金属补强板上，则在封装过程中，光连接器及金属补强板可随柔性PCB板部弯曲或折叠，有利于减小封装尺寸，形成了元器件的高密度分布，增强环境适应能力；

3、金属补强板能够弥补柔性PCB板部强度弱的缺点，保证PCB板的整体强度，且其与驱动芯片热膨胀系数相近，便于芯片的裸片安装，避免由于热胀冷缩作用损坏芯片。

附图说明

图1为本实用新型实施例并行光收发模块的结构示意图；

图2为图1的分解结构图；

图3本实用新型实施例中金属补强板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中透镜座安装板一个视角的结构示意图（朝向光连接安装板的一侧）；

图5为本实用新型实施例中透镜座安装板另一个视角的结构示意图（背向光连接安装板的一侧）；

图6为本实用新型实施例中PCB板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细地描述。

参照图1和图2、图3和图6，本实施例多路并行光组件，包括PCB板1、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列3-1的透镜座3、安装在PCB板1上的光连接器和电连接器8，光连接器包括导针7、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列5及对应的驱动芯片6。其中，电连接器8采用可插拔的10×10 MEG-Array电接口，符合SNAP12 MSA协议要求；激光器和/或探测器阵列5为VCSEL 激光器阵列和/或PD光电探测器阵列，VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5通过打金线与驱动芯片6相连，驱动芯片6通过打金线与PCB板1上焊盘相连；透镜座3包含十二路并行双球面透镜阵列3-1，其中，透镜两端的球面分别与VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5和模块外的MPO光纤连接器进行耦合，十二路透镜呈直线等距排列，各透镜间的中心距为0.25mm，透镜的内端面各路光口分别与VCSEL激光器阵列和/或PD光电探测器阵列5的每一路光敏面进行光学耦合，透镜的外端面光口与MPO标准的连接器接口兼容。为便于光连接器部分的封装，减小封装尺寸，PCB板1包括刚性PCB板部1-1和柔性PCB板部1-2，可由刚性电路板和柔性电路板拼接，或者直接采用整体的刚柔结合电路板，电连接器8位于刚性PCB板部1-1上；而柔性PCB板部1-2固连有一个金属补强板4和透镜座安装板2，均与柔性PCB板部1-2平行设置，金属补强板4上具有一个条形凸台4-2及位于条形凸台4-2端部的导针安装通孔4-5，激光器和/或探测器阵列5通过高精度贴片机粘贴在条形凸台4-2上，驱动芯片6也由高精度贴片机粘贴在金属补强板4上，位于激光器和/或探测器阵列5的一侧，由于金属补强板4与驱动芯片6的热膨胀系数相近，即二者热匹配性能良好，能够便于与驱动芯片6的贴合安装，防止由于热胀冷缩拉坏或挤压驱动芯片，其可选用钨铜复合金属板等；柔性PCB板部1-2上对应设有将条形凸台4-2、导针安装通孔4-5、激光器和/或探测器阵列5及驱动芯片6露出的定位孔1-4，便于透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5对准耦合，定位孔1-4的形状优选与条形凸台4-2、导针安装通孔4-5及驱动芯片6在金属补强板4上所占区域形状相适配，以便对条形凸台4-2、导针安装通孔4-5及驱动芯片6进行定位，确保柔性PCB板部1-2与金属补强板4装配位置准确，提高装配效率。参照图4和图5，透镜座安装板2上设有与透镜座3的轮廓形状相适配的定位槽2-2，透镜座3卡设在定位槽2-2内，定位槽2-2的槽底面为透镜座3的安装光平面，且设有第一点胶槽2-1，透镜座3的下端光平面与透镜座安装板2的定位槽2-2安装光平面配合，并于第一点胶槽2-1处进行点胶实现透镜座3与透镜座安装板2的可靠固定。同时，定位槽2-2的槽底面上具有用于露出条形凸台4-2、导针安装通孔4-5、激光器和/或探测器阵列5的避让孔2-5，透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5对准耦合。同时，透镜座3上与导针安装通孔4-5对应位置处设有导针装配孔3-2，导针7的一端穿过导针安装通孔4-5、避让孔2-5和导针装配孔3-2，且与导针装配孔3-2过渡配合，并与导针安装通孔4-5间由结构胶粘接固定。同时参照图5，另外，在透镜座3上与导针安装通孔4-4对应位置处设有导针装配孔3-2，导针7的一端穿过导针安装通孔4-4、定位孔1-4和导针装配孔3-2，且与导针装配孔3-2过渡配合，并与导针安装通孔4-4间由结构胶粘接固定，实现导针7的固定。

具体而言，本实施例多路并行光组件在制作过程中，将透镜座3在透镜座安装板2上进行可靠固定，保证透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5在Z轴的光学尺寸对准，然后，使用微米级的高精度贴片机拾取透镜座3，使其各路透镜光口中心分别与已由高精度贴片机粘贴在金属补强板4的相应位置上的激光器和/或探测器阵列5和驱动芯片6的光敏面中心进行对准，微米级的高精度贴片机可以保证透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5在X轴和Y轴的光学尺寸对准；从而实现透镜阵列3-1与激光器和/或探测器阵列5的无源耦合对准，无源耦合效率高，精度高，操作简单。另外，PCB板1的柔性PCB板部1-2可以弯曲或折叠，则安装有光连接器的金属补强板4可随柔性PCB板部1-2弯曲或折叠，使光口封装部的光连接器能够达到最方便的装配角度和位置，快速装配，提高装配效率，且有利于减小封装尺寸，形成了元器件的高密度分布，增强环境适应能力。

另外，在图6所示的PCB板结构中，在刚性PCB板部1-1上还设置有电路板定位孔1-5、前端螺钉固定孔1-3和后端螺钉固定孔1-6，电路板定位孔1-5可以保证封装时并行光收发组件与外壳之间的准确位置，同时方便PCB板1的安装与固定，前端螺钉固定孔1-3的作用在于通过一字平头紧定螺钉固定刚性PCB板部1-1的前端部分，后端螺钉固定孔1-6的作用在于通过十字槽圆柱头螺钉固定刚性PCB板部1-1的后端部分，实现PCB板1的整体安装固定。

本实施例中导针7的数量为两个，平行设置，导针安装通孔4-5对应为两个，分别位于条形凸台4-2的两端处，激光器和/或探测器阵列5的直线阵列方向与两个导针安装通孔4-5的圆心连线平行，则在粘贴激光器和/或探测器阵列5时，能够以两个导针安装通孔4-5的圆心连线为基准，便于激光器和/或探测器阵列5的定位，提高定位精度和定位效率。同时，两根导针7由一导针架9固定，具体地，导针7未穿过导针安装通孔4-5、避让孔2-5、导针装配孔3-2的一端卡装在该导针架9上，导针架9能够进一步提高导针7的固定稳定性，防止导针7脱落，当导针7固定到位时，导针架9抵靠在金属补强板4上。

进一步地，如图3所示，金属补强板4上还具有一凸起的挡胶平台4-3，条形凸台4-2位于挡胶平台4-3上，两导针安装通孔4-5位于挡胶平台4-3的两端处，挡胶平台4-3嵌入柔性PCB板部1-2上的定位孔1-4内。通过设置挡胶平台4-3便于金属补强板4与柔性PCB板部1-2装配时，挡胶凸台4-3的四周外边缘与柔性PCB板部1-2的定位孔1-4进行定位，确保柔性PCB板部1-2与的金属补强板4准确位置。此时，定位孔1-4的形状优选与挡胶平台4-3、两导针安装通孔4-5及驱动芯片6所占区域形状相适配。

如图4所示，透镜盖板2的朝向金属补强板4的该表面上设有用于避让驱动芯片6的避让槽2-4，防止透镜盖板2装配到位后压坏驱动芯片6。

本实施例中，金属补强板4与柔性PCB板部1-2的固定装配通过热压工艺压合为一体，金属补强板4与透镜座安装板2可以采用螺钉紧固或者胶粘的形式固定连接。

进一步地，在金属补强板4上布设有朝向透镜座安装板2延伸的多个凸柱4-1，柔性PCB板部1-2上对应设有供凸柱4-1穿出的多个通孔1-7，各凸柱4-1的端面平齐且与透镜座安装板2接触贴合，透镜座安装板2与凸柱4-1相贴合的表面上设有第二点胶槽2-3，第二点胶槽2-3与透镜座安装板2的侧部连通，金属补强板4与透镜座安装板2由第二点胶槽2-3处填充结构胶固连为一体。通过填充结构胶的形式实现透镜座安装板2和金属补强板4的固定连接，操作简单，无需在相应部件上设置固定结构，且结构胶绝缘；

为保证加工精度，满足Z轴光学尺寸公差，各凸柱4-1的端面与条形凸台4-2的表面平齐，可通过一次加工同时成型，提高加工精度。

为便于驱动芯片6的贴片操作，提高贴片效率，光连接器还包括有芯片贴片标识4-4，驱动芯片6与芯片贴片标识4-4均通过高精度贴片机粘贴在金属补强板4上，驱动芯片6位于芯片贴片标识4-4的上方。通过设置芯片贴片标识4-4，可对驱动芯片6的固定进行高精度定位，进而便于对多路光电芯片与光纤组件的固定进行精密定位，实现了二者间的高精密无源对准与直接耦合。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种多路并行光组件，包括PCB板、内嵌有呈直线均匀排列的透镜阵列的透镜座、安装在PCB板上的光连接器和电连接器，所述光连接器包括导针、呈直线均匀排列的激光器和/或探测器阵列及对应的驱动芯片，其特征在于：所述PCB板包括刚性PCB板部和柔性PCB板部，所述电连接器位于所述刚性PCB板部上；所述柔性PCB板部固连有均与其平行设置的金属补强板和透镜座安装板，所述金属补强板与所述驱动芯片的热膨胀系数相近，且其上具有一条形凸台及位于条形凸台端部的导针安装通孔，所述激光器和/或探测器阵列通过高精度贴片机粘贴在所述条形凸台上，所述驱动芯片通过高精度贴片机粘贴在所述金属补强板上，并位于所述激光器和/或探测器阵列的一侧，所述柔性PCB板部上对应设有将所述条形凸台、导针安装通孔、激光器和/或探测器阵列及驱动芯片露出的定位孔；所述透镜座安装板上设有与所述透镜座的轮廓形状相适配的定位槽，所述透镜座卡设在所述定位槽内，所述定位槽的槽底面为所述透镜座的安装光平面，且所述槽底面上具有用于露出所述条形凸台、导针安装通孔、激光器和/或探测器阵列的避让孔，所述透镜阵列与所述激光器和/或探测器阵列对准耦合；所述透镜座上与所述导针安装通孔对应位置处设有导针装配孔，所述导针的一端穿过所述导针安装通孔、避让孔和导针装配孔，且与所述导针装配孔过渡配合，并与所述导针安装通孔间由结构胶粘接固定。

2.根据权利要求1所述的多路并行光组件，其特征在于：所述导针为平行设置的两个，其未穿过所述导针安装通孔的一端卡装在同一导针架上，所述导针架抵靠在所述金属补强板上；相应地，所述导针安装通孔为两个，分别位于所述条形凸台的两端处，所述激光器和/或探测器阵列的直线阵列方向与两所述导针安装通孔的圆心连线平行。

3.根据权利要求2所述的多路并行光组件，其特征在于：所述金属补强板上还具有一凸起的挡胶平台，所述条形凸台位于所述挡胶平台上，两所述导针安装通孔位于所述挡胶平台的两端处，所述挡胶平台嵌入所述柔性PCB板部上的定位孔内。

4.根据权利要求3所述的多路并行光组件，其特征在于：所述定位孔的形状与所述挡胶平台、两所述导针安装通孔及所述驱动芯片所占区域形状相适配。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多路并行光组件，其特征在于：所述透镜盖板的上设有用于避让所述驱动芯片的避让槽。

6.根据权利要求5所述的多路并行光组件，其特征在于：所述金属补强板与所述柔性PCB板部热压压合为一体，所述金属补强板与所述透镜座安装板固连为一体。

7.根据权利要求6所述的多路并行光组件，其特征在于：所述金属补强板上布设有朝向所述透镜座安装板延伸的多个凸柱，所述柔性PCB板部对应设有供所述凸柱穿出的多个通孔，各所述凸柱的端面平齐且与所述透镜座安装板接触贴合，所述透镜座安装板与所述凸柱相贴合的表面上设有点胶槽，所述点胶槽与所述透镜座安装板的侧部连通，所述金属补强板与所述透镜座安装板由所述点胶槽处填充结构胶固连为一体。

8.根据权利要求7所述的多路并行光组件，其特征在于：各所述凸柱的端面与所述条形凸台的表面平齐。

9.根据权利要求1所述的多路并行光组件，其特征在于：所述光连接器还包括有芯片贴片标识，所述驱动芯片与所述芯片贴片标识通过高精度贴片机粘贴在所述金属补强板上，所述驱动芯片位于所述芯片贴片标识的上方。