KR20070004917A - 모듈식 광학 디바이스 패키지 - Google Patents

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KR20070004917A
KR20070004917A KR1020067022517A KR20067022517A KR20070004917A KR 20070004917 A KR20070004917 A KR 20070004917A KR 1020067022517 A KR1020067022517 A KR 1020067022517A KR 20067022517 A KR20067022517 A KR 20067022517A KR 20070004917 A KR20070004917 A KR 20070004917A
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Abstract

본 발명은 광시그널의 송신 및/또는 수신용 모듈식 광학 디바이스에 관한 것이다. 렌즈 블럭은 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들과 주조된 패키지에 기계적으로 결합되는 형태를 지닌다. 적어도 하나의 광원 및 광검출기와, 기판에 기계적, 전기적으로 직접 결합되도록 제작된 접속부를 포함하는 주조된 패키지는 렌즈 블럭에 직접 결합된다. 광원 또는 광검출기와, 상응하는 외부기기 사이의 광시그널을 인도하기 위한 적어도 하나의 렌즈 핀이 렌즈 블럭에 결합되어진다. 모듈식 광학 디바이스는 PCI 또는 PCMCIA 슬럿과 같은 호스트 시스템의 표준 슬럿내에 수용되는 형태인 기판에 결합될 수 있다. 그리하여 하나 또는 그 이상의 광접속이 호스트 디바이스 또는 시스템 내에 통합된다.
광학 디바이스, 렌즈 블럭, 주조된 패키지

Description

모듈식 광학 디바이스 패키지{MODULAR OPTICAL DEVICE PACKAGE}
본 발명은 일반적으로 광섬유 통신 시스템에 사용되는 광학 디바이스에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 컴팩트(compact)하고 저렴한 모듈식 광학 디바이스를 제공한다.
통신 네트워크를 통해 정보를 안전하게 전달할 수 있는 방법으로서 광섬유 기술의 채택이 증가하고 있다. 광섬유 기술을 채택하고 있는 네트워크는 광통신 네트워크라고 알려져 있고, 높은 주파수대역과 안정적이고 데이터 전송 속도가 빠른 것으로 인식된다.
광통신 네트워크는 네트워크를 통해 전송 노드(node)로부터 수신 노드로 정보를 전달하기 위한 광학 트랜시버(optical transceiver)들을 채택하고 있다. 일반적으로, 이러한 광학 트랜시버들은 데이터 시그널(data signal)의 송신 및 수신 기능 모두를 구비하고 있다. 예를 들어, 트랜시버의 송신부는 받아들인 전기적 데이터 시그널을 광학적 데이터 시그널로 변환하도록 구성되어 있고, 트랜시버의 수신부는 받아들인 광학적 데이터 시그널을 전기적 데이터 시그널로 변환하도록 구성되어 있다.
더 구체적으로는, 송신 노드에서 광학 트랜시버는 컴퓨터 등과 같은 네트워 크 장치로부터 전기적 데이터 시그널을 받아서, 레이저 등과 같은 광학 트랜스미터(optical transmitter)를 사용하여 전기적 데이터 시그널을 변조된 광학적 데이터 시그널로 변환시킨다. 이후 이러한 광학적 데이터 시그널은 광섬유 케이블을 이용하여 광통신 네트워크를 통해 네트워크의 수신 노드로 전송될 수 있다. 수신 노드에서는, 별도의 광학 트랜시버에서 포토다이오드(photodiode)등과 같은 광검출기를 이용하여 광학적 데이터 시그널이 수신되고, 이 수신된 광학적 데이터 시그널은 다시 전기적 데이터 시그널로 복원된다. 이후 전기적 데이터 시그널은 처리를 위해 컴퓨터 등과 같은 호스트 디바이스(host device)로 전달된다.
일반적으로 이러한 다른 기능들을 달성시키기 위해 복수의 구성요소가 설계되어진다. 예를 들면, 광학 트랜시버는 TOSA(transmit optical subassembly) 및ROSA(receive optical subassembly) 등과 같은 광학 서브어셈블리(OSA; optical subassembly)를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다. 전형적으로, 각각의 OSA는 광학 시그널과 전기적 시그널의 조작과 변환을 위한 전기회로 뿐만 아니라 하나 이상의 광학 송수신 요소를 구비한 밀폐된 기밀 실린더 등과 같은 물리적으로 별개의 존재로 제작된다. 광학 트랜시버 내부에서, OSA는 트랜시버 기판과 같은 다양한 추가적 구성요소에 일반적으로 전기적 접속이 이루어지며, 때로는 인쇄회로보드(PCB; printed circuit board)의 형태로 실시된다. 종래의 트랜시버에 사용된 OSA들은 일반적으로 OSA에 의해 한정되는 종축이 트랜시버 기판과 실질적으로 평행하도록 제작된다. 트랜시버 기판의 경우에는 호스트 버스 어댑터(HBA; host bus adapter)의 보드 또는 기타 다른 구성요소에 장착된다.
트랜시버 기판은 하나 또는 그 이상의 OSA들에 송신하거나 되돌아온 전기적 시그널들을 제어하거나 조작하도록 특별 설계된 복수의 기타 액티브 회로 성분을 구비할 수 있다. 따라서, 이러한 트랜시버 기판은 일반적으로 하나 또는 그 이상의 OSA들을 가지는 전기적 전달 라인을 여러개 포함한다. 이러한 접속들은 각각의 OSA들에 대한 "송신" 및 "수신"용 데이터 전달 라인, 각각의 OSA들에 대한 전력 전달 라인 및 각각의 OSA들에 대한 하나 또는 그 이상의 진단용 데이터 전달 라인을 구비할 수 있다. 이러한 전달 라인들은 다른 유형의 전기적 접속자들, 예를 들면 전기적 플렉스회로(flex circuit), OSA로부터 연장된 전도성 금속 핀과 PCB상의 솔더 지점 사이의 직접 장착 연결, 및 PCB에서 연장되어 OSA의 전기적 연장부에 장착되는 플러그 접속 등을 포함한다.
광학 트랜시버 및 기타 구성요소들의 크기를 균일하게 줄이기 위해 진행중인 노력의 일환으로, SFF(small form factor), SFP(small form factor pluggable), XFP(10 gigabit small form factor pluggable) 등과 같은 제조 기준이 개발되어졌다. 그러나 이러한 표준들을 따른다고 할지라도 광학 트랜시버의 크기는 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 또는 휴대용 디지털 기기 등과 같은 컴퓨터 시스템의 외부에 연결하는 것이 가장 알맞은 크기이다.
예를 들면, SFF 또는 SFP 광학 트랜시버는 광케이블과, 컴퓨터 시스템에 꽂도록 되어있는 표준 네트워크 케이블, 즉, 예를 들면 이더넷(Ethernet) 케이블 사이에 인터페이스를 제공하는데 이용될 수 있다. 선택적으로, 많은 광학 트랜시버가 네트워크 패널 내부에 장착될 수 있고, 컴퓨터 시스템의 외부접속을 포함하도록 구 성된다. 그러나, 종래의 트랜시버에 속하는 구성요소의 수뿐만 아니라 SFF 또는 SFP의 기원 및 크기때문에, 종래의 트랜시버를 노트북이나 휴대용 기기에 사용되는 플러거블(pluggable) 카드 등과 같은 더 좁은 공간에 집적하는 것은 불가능하진 않지만 어렵다. 예를 들면, 이들의 상대적으로 컴팩트(compact)한 특성에도 불구하고, 종래의 SFF, SFP 및 XFP 광학 트랜시버의 몸체는 전형적인 PCMCIA 노트북 케이스에 맞추기에는 여전히 너무 넓고/또는 높다.
광학 트랜시버의 접속과 관련된 문제점이 있다. 구체적으로는, 광학 트랜시버를 내부구성요소가 아닌 외부구성요소로 사용하는 것은 추가적인 커넥터 및 접속을 요하며 이는 시스템 전반에 걸친 제조비용뿐만 아니라 시스템의 복잡성을 증가시킨다. 또한, 집적되지 않고 외부장치로 채택된 광학 트랜시버는 집적된 구성요소보다 거친 취급 및 손상의 우려가 있다.
나아가, 종래의 광학 트랜시버가 이러한 케이스 내에 맞춰지더라도 종래의 광학 트랜시버인 SFF, SFP 및 XFP 광학 트랜시버의 길이는, 트랜시버 기판이 이에 상응하는 HBS(host bus adapter) 또는 트랜시버가 장착될 기타 구성요소에 비정상적인 양의 공간을 차지하게 만든다. 이 문제는 기능성의 증가 및 구성요소의 크기의 감소를 동시에 요구하게되는 점을 특히 고려하게 한다. 또한 이외에, 이러한 고려사항들은 종래의 광학 트랜시버들이 많은 컴퓨터 시스템 내에 통합되기에 덜 이상적이게 만든다. 따라서, 컴팩트한 구성요소 및 다양한 컴퓨터 시스템 및 기기들 내에 통합될 수 있도록 상대적으로 작은 케이스내에 맞춰진 저비용의 광학 트랜시버가 유리할 것이다.
당 업계에서 선행하던 문제점들은 모듈식 광학 디바이스와 관련된 본 발명의 개념에 의해 극복되어진다. 렌즈 블럭은 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들(lens pins)과 주조된 패키지에 기계적으로 결합되어 구성된다. 적어도 하나의 광원 및 광검출기와 주조된 패키지를 기판에 기계적, 전기적으로 결합시키기 위한 접속부를 포함하는 주조된 패키지는 렌즈 블럭에 기계적으로 결합된다. 광원 또는 광검출기와, 상응하는 외부 구성요소 사이의 광학 시그널을 제어하기 위한 적어도 하나의 렌즈 핀이 렌즈 블럭에 결합된다. 모듈식 광학 디바이스는 PCI 또는 PCMCIA 슬럿(slot)과 같은 호스트 디바이스(host device) 또는 시스템의 표준 슬럿 내에 수용된 기판에 결합될 수 있다. 그리하여 하나 또는 그 이상의 호스트 디바이스 또는 시스템 내에 통합된 하나 또는 그 이상의 광접속이 이루어진다.
본 발명의 추가적인 양태 및 유익한 점은 후술하는 명세서에 기재되어 있으며, 일부는 명세서로부터 자명하거나 또는 본 발명의 실시를 통해 알 수 있다. 본 발명의 양태 및 유익한 점은 실험 및 특히 첨부된 청구항에서 지적한 조합에 의한 방법으로 이해되고 습득될 수 있다. 본 발명의 상기 및 기타 양태는 후술하는 명세서 및 첨부된 청구항에 의해 매우 명백하거나,이후의 기재에 따른 본 발명의 실시를 통해 이해될 수 있다.
본 발명의 요지는 모듈식 광학 디바이스에 관한 것이다. 일반적으로, 본 발명의 실시예들은 상대적으로 작은 물리적 케이스 내에서 HBA(호스트 버스 어댑터) 등과 같은 컴팩트한 구성요소에 의해 한정된 모듈식 광학 디바이스(예를 들면, TOSA 및 ROSA)들을 묘사하고 있다. 본 발명의 실시예들은 적용가능한 조작성 및 기능표준을 유지하면서 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 또는 기타 유사한 검퓨터 시스템과 호환될 수 있다.
본 명세서 내에서 'OSA'는 'TOSA'(transmit optical subassembly) 또는 'ROSA'(receive optical subassembly) 중 어느 것을 가리킨다. 나아가 '기판'은 모듈식 광학 디바이스 상의 구성요소와 컴퓨터 시스템 등과 같은 기타 시스템 또는 기기 사이에서 전력 및/또는 통신 시그널을 전송하기 위한 회로도(circuit trace) 등과 같은 전기적 도전성 요소를 구비한 'PCB'(printed circuit board)를 가리킨다. 트랜시버 PCB(예를 들면, HBA)는 모듈식 광학 디바이스의 조작과 제어를 용이하게 해주는 회로, 기기 및 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 회로, 기기 및 시스템으로는 레이저 드라이버, 포스트 앰플리파이어(post amplifier) 및 트랜스임피던스 앰플리파이어(transimpedance amplifier)가 포함되는데, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예는 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들이 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되고 렌즈 블럭이 주조된 패키지에 기계적으로 결합될 수 있도록 구성된 렌즈 블럭을 포함한다. 따라서, 모듈식 광학 디바이스는 렌즈 블럭, 주조된 패키지 및 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들을 포함할 수 있다.
주조된 패키지는 광학 시그널들을 전송하거나 수신하기 위해 광원(예를 들면, 레이저) 및/또는 광검출기(예를 들면, 포토다이오드)를 개구부 내에 포함할 수 있다. 주조된 패키지는 또한 주조된 패키지를 PCBA(printed circuit board assembly), 예를 들면, HBA등에 접속시키기 위한 접속(예를 들면, 표면 장착) 또는 플렉스 회로를 위한 스루홀 핀 구성 또는 리드 프레임(예를 들면, 성형된 리드 프레임)을 포함할 수 있다. 그리하여 수용된 광신호를 변환하기 위해 광원(예를 들면 레이저 드라이버)을 제어하거나(예를 들면, 트랜스임피던스 앰플리파이어) 또는 기타 광시그널 프로세스를 수행하기 위한 능동 및/또는 수동 회로요소들이 PCBA 내에 설계될 수 있다. 바람직하게, 모듈식 광학 디바이스의 제조비용이 절감될 수 있으며, 모듈식 광학 디바이스는 PCBA의 기능에 비해 과잉일 수 있는 기능을 포함할 필요가 없다.
렌즈 블럭의 구성은 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀으로부터 수용하는 리셉터클(receptacle)들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전송 렌즈 핀, 수신 렌즈 핀, 또는 전송 렌즈 핀 및/또는 수신 렌즈 핀의 조합이 렌즈 블럭에 기계적으로 결합될 수 있다. 렌즈 블럭에 기계적으로 결합된 렌즈 핀들은 외부의 광 접속을 수신하기위한 적절한 리셉터클을 제공해준다.
따라서, 렌즈 핀은 발생된 광 시그널을 렌즈 블럭으로부터 외부 구성요소(예를 들면, 광케이블)로 유도할 수 있거나 혹은 수신된 광시그널을 외부 구성요소로부터 렌즈 블럭으로 유도할 수 있다. 예를 들면, 주조된 패키지 내의 레이저에서 생성된 광시그널은 렌즈 블럭 내에 있는 상응하는 렌즈를 통하여 상응하는 렌즈 핀을 거쳐 해당 광케이블로 전송된다. 마찬가지로, 광케이블로부터 수신된 광시그널은 상응하는 렌즈 핀, 렌즈 블럭 내에 있는 상응하는 렌즈를 거쳐 주조된 패키지 내에 있는 해당 포토다이오드로 전송된다.
전술한 것들 및 본 발명의 기타 유익한 점과 양태들을 습득할 방법을 설명하기 위해 상기 간략히 묘사된 본 발명에 대해 더욱 구체적인 묘사가 후술하는 도면에 도시된 이들의 특정 실시예를 참조하여 제공된다. 이러한 도면들은 단지 본발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고, 따라서 그 범위를 제한하기 위해 고려된 것이 아니라는 점을 숙지함을 통해 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 추가적인 특성 및 세부사항에 대해 묘사되고 설명될 것이다.
도 1a는 예시적인 모듈식 광학 디사이스의 구성요소들을 도시하고 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 모듈식 광학 디바이스의 렌즈 핀들 중 하나의 단면도를 도시하고 있다.
도 1c는 서로 연관된 도 1a에 도시된 모듈식 광학 디바이스의 구성요소의 단면도를 도시하고 있다.
도 2a는 성형된 리드 프레임(lead frame)과 조립된 광학 디바이스 패키지의 예시를 도시하고 있다.
도 2b는 평평한 리드 프레임(lead frame)과 조립된 광학 디바이스 패키지의 예시를 도시하고 있다.
도 3a는 기판에 결합되어 조립된 모듈식 광학 디바이스의 측면의 예시를 도시하고 있다.
도 3b는 기판에 결합되어 조립된 모듈식 광학 디바이스의 대안적 구성의 측면의 예시를 도시하고 있다.
도 3c는 기판에 결합되어 조립된 모듈식 광학 디바이스의 또다른 대안적 구성의 측면의 예시를 도시하고 있다.
도 3d는 호스트 버스 어댑터에 위치하여 리드프레임으로 구성된 스루홀 핀을 가지는 조립된 모듈식 광학 디바이스의 사시도의 예시를 도시하고 있다.
도 3e는 호스트 버스 어댑터에 위치하여 리드프레임으로 구성된 스루홀 핀을 가지는 조립된 모듈식 광학 디바이스의 평면도 및 조립된 모듈식 광학 디바이스에 관련된 호스트 디바이스의 정면 플레이트의 배치를 도시하고 있다.
도 4a는 모듈식 광학 디바이스를 구비한 호스트 버스 어댑터를 가지는 데스크탑 컴퓨터 시스템의 후면도이다.
도 4b는 모듈식 광학 디바이스를 구비한 호스트 버스 어댑터를 가지는 노트북 컴퓨터의 측면도이다.
도 5는 렌즈소자를 구비한 조립된 모듈식 광학 디바이스의 단면도의 예시를 도시하고 있다.
도 1a를 보면, 모듈식 광학 디바이스의 예가 도시되어 있다. 일반적으로, 도 1에 나타난 것과 유사한 구성요소들이 다양한 구성 팩터의 모듈식 광학 디바이스에 사용될 수 있는데, SFF, SFP 및 XFP를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 전술한 것들은 예시이며, 모듈식 광학 디바이스는 더욱 다양한 형태로 실시될 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예들은 약 1Gbps, 약 2Gbps, 약 4Gbps 및 약 10Gbps 또는 그 이상의 다양한 데이터 전송률과 연계하여 사용하는데 적합하다.
도 1a는 렌즈 핀들(106,108), 렌즈 블럭(103) 및 주조된 패키지(101)를 도시하고 있다. 렌즈 블럭(103)은 하나 또는 그 이상의 렌즈 구성요소가 장착된 주조된 플라스틱 부품일 수 있다. 도시된 바와 같이, 렌즈 블럭(103)은 TX/RX 렌즈 블럭으로서 구성되어 있다. 이는, 렌즈 블럭(103)이 전송 렌즈 핀에 기계적으로 결합하기 위한 리셉터클(132)과 수신 렌즈 핀에 기계적으로 결합하기 위한 리셉터클(131)을 구비한다는 것이다. 따라서, 렌즈 블럭(103)은 광시그널의 전송 및 수신을 용이하게 해준다.
그러나, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 도 1a에도시된 것과 다르게 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 기능이 축소된 별개의 렌즈 블럭으로 구성된다. 예를 들면, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 광시그널의 전송을 위한 별도의 TX 렌즈 블럭으로 구성될 수 있거나, 또는 광시그널의 수신을 위한 별도의 RX 렌즈 블럭으로 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 소정의 기능(예를 들면, 광시그널의 전송 또는 광시그널의 수신)을 수행하는 렌즈 핀에 기계적으로 결합된다.
다른 실시예들에서, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 기능이 다르게 조합된 렌즈 블럭의 조합으로서 구성된다. 예를 들면, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 여러 광시그널의 전송 및/또는 여러 광시그널의 수신을 위해 구성될 수 있다. 따라서, 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 전송 렌즈 핀에 기계적으로 접속하기 위한 여러개의 리셉터클 및 수신 렌즈 핀에 기계적으로 접속하기 위한 여러개의 리셉터클을 포함할 수 있다. 나아가 렌즈 블럭(103) 또는 렌즈 블럭 유사체는 렌즈 블럭의 비균등 조합으로서 구성될 수 있다. 이는 전송 렌즈 핀에 기계적으로 접속하기 위한 리셉터클의 수와 수신 렌즈 핀에 기계적으로 접속하기 위한 리셉터클의 수가 다르다는 것이다.
렌즈 블럭은 렌즈소자들을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서 렌즈소자들은 하나 또는 그 이상의 리셉터클들(131,132) 및/또는 하나 또는 그 이상인 렌즈 블럭에 기초하여 적절한 다른 리셉터클들에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서는, 리셉터클들이 렌즈소자를 포함하지 않는다.
주조된 패키지(101)는 생성된 광시그널을 전송하기 위한 전송 개구부(122)를 구비한다. 예를 들면, VCSEL(151; vertical cavity surface emitting laser)는 전송 개구부(122)의 바깥으로 광시그널을 방출한다. 주조된 패키지(101)는 또한 수신되는 광시그널을 검출하기 위한 검출 개구부를 포함한다. 예를 들면, 포토다이오드(152)는 검출 개구부(122)에서 수신된 광시그널을 검출할 수 있다. 주조된 패키지(101)는 예를 들면 호스트 버스 어댑터(HBA)와 같은 인쇄회로보드 어셈블리(PCBA)에 주조된 패키지를 접속(기계적 및 전기적 접속 모두)시키기 위한 성형된 리드 프레임(107)을 포함한다. 예를 들면, 성형된 리드 프레임(107)은 주조된 패키지(101)를 PCBA에 표면장착하는데 사용될 수 있다. 따라서, 성형된 리드 프레임(107)은 성형된 리드 프레임(107)상에서 추가적인 프로세스(잠재적으로 수동인)를 수행하지 않는 PCBA에 직접 접속되도록 제작될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 예를 들면, 주조된 패키지(101) 내의 VCSEL(151) 및 포토다이오드(152) 등과 같은 구성요소를 보호하기 위해 내식코팅이 사용된다. 예를 들 면, 희석시킨 실리콘 혼합물이 주조된 패키지(101)의 구성요소를 코팅하는데 사용된다.
렌즈 핀들(106,108)은 렌즈 블럭(103)과 상응하는 외부요소(즉, 광케이블) 사이의 광시그널을 통제하는데 유용하도록 각각의 리셉터클들(131,132) 내에 끼워질 수 있다. 렌즈 블럭(103)은 주조된 패키지(101)의 위(즉, 동일한 높이)에 장착될 수 있다. 렌즈 블럭(103)과 주조된 패키지(101)는 예를 들면 에폭시, 금속 클립 또는 레이저 용접 등의 다양한 기계적 접합을 이용하여 서로 지지된다. 레이저 용접은 렌즈 블럭(103)과 주조된 패키지(101)가 비슷한 플라스틱 화합물로 만들어졌을때 특히 유용하다. 렌즈 핀들(즉, 108 및 106)은 유사한 메커니즘을 통해 렌즈 블럭(103)에 지지될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 렌즈소자들은 렌즈 핀 내에서 다양한 다른 위치에 장착된다. 예를 들면, 도 1b는 두개의 다른 렌즈소자 위치(138,148)를 포함하는 렌즈 핀(108)의 단면을 도시하고 있다. 렌즈소자들은 잠재적으로 하나 또는 그 이상의 렌즈소자 위치들(138,148)에 구비될 수 있다.
도 1c는 서로 관련있는 렌즈 핀들(106,108), 렌즈 블럭(103) 및 주조된 패키지(101)의 단면을 도시하고 있다. 도 1c는 전술한 바와 같이 두개의 다른 렌즈소자 위치들(138,148)을 포함하는 렌즈 핀(108)을 도시하고 있다. 도 1c는 다른 두개의 렌즈소자 위치들(136,146)을 포함하는 렌즈 핀(106)도 역시 도시하고 있다. 렌즈소자 위치들(138,148)과 유사하게 렌즈소자들은 하나 또는 그 이상의 렌즈소자 위치들(136,146)에 잠재적으로 포함될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 렌즈소자들은 렌즈 블럭 내에서 다양한 다른 위치에 장착된다. 예를 들면, 도 1c는 두개의 다른 렌즈소자 위치(141,142)를 포함하는 렌즈 블럭(103)을 도시한다. 렌즈소자들은 하나 또는 그 이상의 렌즈소자 위치들(141,142)에 잠재적으로 포함된다. 어떤 실시예들에는 시준렌즈요소들이 렌즈소자위치(141,142)에 포함된다.
도 2a는 성형된 리드 프레임(107)을 구비한 조립된 모듈식 광학 디바이스(150)를 도시하고 있다. 모듈식 광학 디바이스(150)는 도 1a에서 모듈식 광학 디바이스에 결합된 요소를 나타낸다. 이는 렌즈 핀들(106,108)이 렌즈 블럭(103)에 기계적으로 결합되고, 주조된 패키지(101)는 렌즈 블럭(103)에 결합된다는 것이다.
도 2b는 평평한 리드 프레임(109)을 가지는 조립된 모듈식 광학 디바이스(160)의 예시를 나타낸다. 모듈식 광학 디바이스(160)는 도 1a에서 모듈식 광학 디바이스에 결합된 요소를 나타낸다. 이는 이는 렌즈 핀들(106,108)이 렌즈 블럭(103)에 기계적으로 결합되고, 주조된 패키지(101)는 렌즈 블럭(103)에 결합된다는 것이다. 도 2b에서 평평한 리드 프레임(109)은 기타 요소들(즉, HBA의)에 전기적 접속을 용이하게 해준다.
도 5에 따르면, 모듈식 광학 디바이스(150)와 유사한 조립된 모듈식 광학 디바이스(550)를 도시하고 있다. 도시된 바대로, 모듈식 광학 디바이스(550)는 렌즈 핀들(506,508), 렌즈 블럭(503) 및 주조된 패키지(501)를 포함한다. 렌즈 핀들(506,508)은 렌즈소자들(536,538)을 각각 포함한다. 렌즈 블럭(503)은 주조된 패키지(501)와 렌즈 핀들(506 및/또는 508) 사이에서 전송된 광시그널을 조준하기 위 해 시준렌즈요소(543,544)를 포함한다. 주조된 패키지(501)는 광시그널 발생용 VCSEL(551) 및 수신된 광시그널을 검출하기 위한 포토다이오드(552)를 포함한다.
다시 도 3a를 참조하면, 호스트 버스 어댑터(310)에 위치한 리드 프레임을 구비한 스루홀 핀을 가지는 조립된 모듈식 광학 디바이스(170)의 측면도의 예시가 나타나있다. 모듈식 광학 디바이스(170)는 렌즈 블럭(103), 주조된 패키지(101), 렌즈 핀(106) 및 렌즈 핀(108)을 포함한다(도 3a의 측면도의 시점이 렌즈핀 106 뒤편이어서 보이지 않음). 나아가, 모듈식 광학 디바이스(170)는 리드 프레임이 구비된 스루홀 핀을 포함하는데, 이는 기판(301)에 접속하기에 적절한 전기적 핀들의 배열이 될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 스루홀 핀 구성을 가지는 리드 프레임은 기판(301)(또는 모듈식 광학 디바이스가 장착된 기타 구성요소)상의 회로(도시되지 않음)와 주조된 패키지(101)사이의 전기적 통신을 용이하게 한다. 모듈식 광학 디바이스(170)를 기판(301)에 고정시키기 위해, 리드 프레임의 구성을 가지는 스루홀 핀의 핀들(예를 들면, 핀 123 및 다른 핀들)은 기판(301)의 스루홀들(즉, 스루홀 117과 기타 스루홀들)을 통해 삽입될 수 있다. 이에 따라 스루홀 핀들은 기판(301)에 기계적, 전기적으로 결합된다. 스루홀 핀 형태(즉, 핀123)의 핀들은 다양한 방법으로 기판(301)에 접속되는데, 여기에는 표면장착 접속, 스루홀 커넥터 및 컴프레션 타입 커넥터가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 리드 프레임의 구성을 가지는 스루홀 핀은 주조된 패키지(101)와 기판(301)(또는 기타 적절한 구성요소들)사이의 데이터 전송 및/또는 수신뿐만 아니라 시그널의 제어 및 모니터링 의 전송 및 수신을 가능하게 해준다.
전기적 통신은 주조된 패키지(101) 내에 포함된, 예를 들면 레이저 등과 같은 광원과 기판(301)상의 해당 레이저 드라이버 회로 사이의 통신을 포함한다. 마찬가지로, 주조된 패키지(101) 내에 포함된, 예를 들면 포토다이오드 등과 같은 광검출기와 기판(301)상의 해당 트랜드임피던스 증폭기 회로 사이의 통신을 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이 기판(301)의 길이는 302로 나타낸다.
도 3b는 기판(311)(또는 모듈식 광학 디바이스(171)가 장착된 기타 구성요소)상의 회로와 주조된 패키지(101) 사이의 전기적 통신을 용이하게 해주는 HBA(320)상에 위치한 모듈식 광학 디바이스(171)의 대안적 형태의 측면도의 예시를 나타낸다. 도 3b의 실시예에서, 받침(stand-off)(118)은 광학 디바이스(171)를 기판(311)에 기계적으로 지지시킨다. SMT(surface mount technolgy) 성형된 리드 프레임(119)은 주조된 패키지(101)의 요소들을 기판(311)의 요소들에 전기적으로 접속시킨다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 기판(311)의 길이는 303으로 나타내며, 302와 유사하다.
도 3c는 기판(321)(또는 모듈식 광학 디바이스(172)가 장착된 기타 구성요소)상의 회로와 주조된 패키지(101) 사이의 전기적 통신을 용이하게 해주는 HBA(330)상에 위치한 모듈식 광학 디바이스의 또다른 대안적 형태의 측면도의 예시를 나타낸다. 성형된 리드 프레임(121)은 광학 디바이스(172)를 기판(321)에 기계적 및 전기적으로 결합시킨다. 기판(321) 밑면의 장착포인트를 따르는 성형된 리드 프레임(121)의 구성은 다른 형태(즉, 도 3a 및 3b)에 비해 감소된 높이(120)를 나 타낸다. 나아가, 도 3c에 도시된 바와 같이 길이(304)는 길이 302 및 303과 비교해볼 때 실질적으로 감소되었다.
도 3d는 호스트 버스 어댑터(310) 상에 위치한 리드 프레임(도 3a의 형태)을 구성으로 가지는 스루홀 핀이 장착된 모듈식 광학 디바이스(170)의 사시도의 예를 나타낸다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 기판(301)과, 예를 들면 컴퓨터 시스템 버스 사이에 기계적 및 전기적 인터페이스를 구축하기 위하여 기판(301)과 컴퓨터 시스템 내의 상응하는 리셉터클을 접속시키는데 적합한 엣지 커넥터(305)를 포함한다. 선택적으로, 엣지 커넥터(305)는 모듈식 광학 디바이스(170)와 예를 들면, 옵티컬 라우터(optical router) 또는 옵티컬 허브(optical hub) 등과 같은 기타 다양한 장치의 사이에 기계적 및 전기적 인터페이스를 구축하는 것을 용이하게 해줄 수 있다. 리드 프레임의 구성을 가지는 스루홀 핀은 회로 트레이스들(307) 각각의 접속을 위한 핀들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 발광 다이오드들, 레이저 드라이버, 포스트 앰플리파이어, 트랜스임피던스 앰플리파이어, 커런트 바이어스 드라이버(current bias driver), 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 및 써모-일렉트릭 쿨러(TEC: thermo-electric cooler) 등과 같은 구성요소들(도시되지 않음)이 기판(301)상에 장착될 수 있다. 구성요소들은 기판(301)의 양면에 적절하게 위치될 수 있다. 장착된 구성요소들은 리드 프레임 형태인 스루홀 핀(즉, 핀 123)의 핀들을 통해 모듈식 광학 디바이스(170)와 전기적으로 상호작용할 수 있다. 마찬가지로, 기판(301)이 컴퓨터 시스템 또는 기타 장치에 결합된 경우, 이러한 장착된 구성요소들은 컴퓨터 시스템 또는 기타 장 치와 전기적으로 상호작용할 수 있다. 기판(301) 양면의 장착 구성요소들, 회로들 및 장치들은 기능의 현저한 손실 없이 컴팩트한 구조를 용이하게 할 수 있다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 이는 모듈식 광학 디바이스(170)가 장착된 HBA 또는 기타 장치들의 공간을 관리하는데 도움을 준다.
성형된 리드 프레임 형태(즉, 도 3b 및 3c의 형태)를 위해 유사한 접속들이 마련될 수 있다. 따라서, 모듈식 광학 디바이스는 핀들 또는 리드 프레임의 추가적인(그리고, 잠재적으로 수동인) 프로세스(process)없이 외부기판(즉, PCBA)과 직접결합을 용이하게 해주는 형태로 제작될 수 있다.
나아가, 기판(301)(또는 기타 적절한 매개체)상의 광원과 광검출기의 상호작용을 위한 회로를 포함시키는 것은 주조된 패키지(101)에 포함되어질 회로를 줄여준다. 따라서, 주조된 패키지(101)에 포함되는 구성요소들의 수와 크기가 감소되어 저렴하고 더 컴팩트한 광학 디바이스가 얻어진다. 또한, 작아진 크기때문에 다양한 장치들에 손쉽게 통합될 수 있는 상대적으로 짧은 트랜시버들의 생산이 가능하다.
모듈식 광학 디바이스(170)는 제 2 광 커넥터가 렌즈 핀에 접속되는 동시에 제 1 광 커넥터가 렌즈 핀(106)에 접속될 수 있도록 충분히 큰 거리(306)로 배열될 수 있다. 일반적으로, 렌즈 핀들(106,108)은 어떠한 다양한 커넥터들, 예를 들면, SC, LC, ST 및 FC 커넥터들을 수용하는 형태를 가질 수 있다. 모듈식 광학 디바이스들의 다른 형태들은 여러개의 광 커넥터에 동시에 접속하기에 적절한 구성을 취할 수 있다.
도 3e는 호스트 버스 어댑터(400)상에 위치한 모듈식 광학 디바이스(170)의 평면도의 예시 및 모듈식 광학 디바이스(170)와 관련된 호스트 디바이스의 정면 플레이트(390)의 배치를 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 모듈식 광학 디바이스와 기판 사이의 기계적 및 전기적 인터페이스를 실행시키기 위한 리드 프레임의 형태를 가지는 스루홀 핀을 포함한다. 이러한 접속은, 예를 들면 엣지 커넥터(405), 또는 카드, 커넥터 또는 시스템과 상호작용하기 위한 기타 적절한 커넥터를 포함하는 기판(401)과 모듈식 광학 디바이스(170)사이의 기계적 및 전기적 상호작용에 사용될 수 있다.
일반적으로, HBA(400)는 컴퓨터 시스템과 사용하기 위한 적절한 커넥터 인터페이스로서 장착된 어떠한 타입의 인쇄 회로 보드가 될 수 있는데, 상기 커넥터 인터페이스는 예를 들면, 데스크탑 컴퓨터 시스템과 상호작용하도록 구성되고 배치된 엣지 커넥터(405)를 구비한 주변기기 인터커넥터(PCI: peropheral component interconnect) 카드의 형태를 취할 수 있다. 커넥터 인터페이스는 예를 들면 일련의 또는 평행인 포트 또는 국제 퍼스널 컴퓨터 메모리 카드 협회(PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association)의 표준 카드의 형태를 선택적으로 취할 수 있다. 본 명세서 내에서 사용된 '커넥터 인터페이스'는 일반적으로 PCB나 또는 모듈식 광학 디바이스(170)와 같은 광학적 구성요소와 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터 또는 PDA(personal digital assistant)와 같은 휴대용 연산 시스템 사이에서 인터페이스로 작동하는 기타 장치들을 가리킨다는 점을 주목해야 한다.
도 3e는 모듈식 광학 디바이스(170)와 기판(401)(HBA(400)와 일괄적으로)의 정면 플레이트(390)에 대한 상대적 배치를 나타낸다. 정면 플레이트(390)는 호스트 디바이스(도시되지 않음) 내의 광학 트랜시버 HBA(400)(및 이에따른 모듈식 광학 디바이스(170))의 보호를 용이하게 해준다. 정면 플레이트(390)는 광케이블, 예를 들면 렌즈 핀들(106,108)이 접속될 수 있는 적절한 절개부(360)를 갖는다. 정면 플레이트(390)는 모듈식 광학 디바이스(170) 및/또는 기판(401)에 부착될 수 있거나 또는 선택적으로 호스트 디바이스의 한 요소가 될 수 있다.
도 4a로 돌아가서, 도 4a는 모듈식 광학 디바이스를 포함하는 호스트 버스가 장착된 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)의 후면을 도시한 것이다. 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)은 모니터, 마우스, 키보드, USB 장치 및 기타 구성요소들과 같은 주변기기를 위한 접속 인터페이스들을 포함하는 컴퍼넌트 인터페이스 패널(410)을 가진다. 예시적인 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)은 또한 이더넷(Ethernet)을 위한 접속 인터페이스와 같은 네트워크 접속 인터페이스(420) 및/또는 전화선을 포함한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 모듈식 광학 디바이스(170)는 예를 들면 PCI 카드와 같이 기판(401)에 접속되어 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)에 채용된다. 그리하여 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)은 다른 네트워크 커넥션(420)들과 유사한 위치에 광섬유 커넥션이 장치될 수 있다. 더욱이, 기판(401)을 사용함으로써 용이해진 모듈식 광학 디바이스(170)의 상대적으로 작은 크기덕분에 모듈식 광학 디바이스(170)가 데스크탑 컴퓨터 시스템(405) 내부에 통합될 수 있게 되고, 그리하여 추가적인 외부 커넥터 및 장치들을 배제시키게 된다. 따라서, 사용자는 광섬유케이블(452)을 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)(즉, 각각의 렌즈 핀들(106,108))에 직접 꽂기만 하면 된다.
전술한 바와 같이, 모듈식 광학 디바이스(170), 기판(401) 또는 데스크탑 컴퓨터 시스템(405)은 정면 플레이트(390)를 포함한다. 추가적으로, 예를 들면 LED 등과 같은 상태 표시부(390b) 및 기타 장치들이 사용자에게 편리하도록 정면 플레이트(390)에 장착된다.
도 4b는 모듈식 광학 디바이스(170)를 포함하는 호스트 버스 어댑터를 가지는 노트북 컴퓨터 시스템(450)의 측면도이다. 이 실시예에서, 모듈식 광학 디바이스(170)와 기판(401)(HBA(400)와 일괄적)은 노트북 컴퓨터 시스템(450) 측면의 사용가능한 포트에 끼워지는 형태인데, 상기 포트들은 다른것들 가운데 PCMCIA 포트들을 포함한다. 이후 광섬유 케이블(451)은 노트북 컴퓨터 시스템(450)(즉, 각각의 렌즈 핀들(106,108))에 직접 삽입될 수 있다.
본 발명은 그 개념이나 필수적 특성에서 벗어남 없이 기타의 특정형태로 실시될 수 있다. 전술된 실시예들은 설명하는 것만을 고려된 것으로, 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 청구항에 의해 표시된다. 청구항과 동일한 의미 및 범주 내의 모든 변경은 이 범위에 포함된다.
상기 명세서 내에 포함되어 있음.

Claims (23)

  1. 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들이 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되어, 주조된 패키지에 기계적으로 결합될 수 있는 형태인 렌즈 블럭;
    렌즈 블럭에 기계적으로 결합되고 광원 및 광검출기를 적어도 하나 포함하며 외부 기판과 전기적으로 직접 연결되는 형태의 접속부를 포함하는 주조된 패키지; 및
    렌즈 블럭에 기계적으로 결합되고 광원 및 광검출기 중 적어도 하나와 적어도 하나의 상응하는 외부 구성요소 사이의 광시그널을 인도하기 위한 적어도 하나의 렌즈 핀을 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 레이저를 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 포토다이오드를 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 기판에 접속하기 위한 리드 프레임을 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 기판의 스루홀 핀 형태에 접속하기 위한 핀들을 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 주조된 플라스틱 패키지인 모듈식 광학 디바이스.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합된 적어도 하나의 렌즈핀이 광원 및 광검출기 중 적어도 하나와 적어도 하나의 상응하는 광케이블 사이의 광시그널을 인도하는 형태인 모듈식 광학 디바이스.
  8. 제 1항에 있어서,
    에폭시, 금속 클립들 및 레이저 용접 가운데 선택되며 렌즈 블럭을 주조된 패키지에 기계적으로 결합시키는 접착부를 더 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 블럭이 광원 및 광검출기 중 적어도 하나와 적어도 하나의 상응하는 외부 구성요소 사이에서 전송되는 광시그널을 조준하기 위한 시준렌즈요소를 포 함하는 모듈식 광학 디바이스.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 렌즈 핀이 렌즈소자를 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  11. 호스트 디바이스와 전기적으로 상호작용하기 위한 적어도 하나의 커넥터를 가지는 인쇄 회로 보드를 구비한 호스트 버스 어댑터; 및
    하나 또는 그 이상의 집적 렌즈들을 포함하고, 하나 또는 그 이상의 렌즈 핀들이 기계적으로 결합될 수 있으며, 주조된 패키지에 기계적으로 결합될 수 있는 렌즈 블럭:
    상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되며, 광원 및 광검출기 중 적어도 하나를 포함하고, 추가적인 프로세스 없이 호스트 버스 어댑터에 전기적으로 결합시키기 위한 성형된 외부 접속부를 포함하도록 제작된 주조된 패키지: 및
    상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되고, 광원 및 광검출기 중 적어도 하나와 외부 구성요소 사이의 광시그널을 전송하기 위한 적어도 하나의 렌즈 핀을 포함하며, 호스트 버스 어댑터와 기계적 및 전기적으로 상호작용하도록 구성된 모듈식 광학 디바이스를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트 버스 어댑터가 광시그널과 전기적 시그널을 상호 변환시키는 구 성요소를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 호스트 버스 어댑터가 레이저 드라이버를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 호스트 버스 어댑터가 트랜스임피던스 앰플리파이어를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 광전자 인터페이스 디바이스는 호스트 디바이스의 표준 슬럿 내에 수용되는 형태를 가지는 광전자 인터페이스 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 표준 슬럿이 PCI 카드 슬럿과 PCMCIA 카드 슬럿 중 하나를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 호스트 버스 어댑터가 주변기기 인터커넥트 카드와 PCMCIA 카드 중 하 나를 위해 인쇄 회로 보드를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  18. 제 11항에 있어서,
    절개부를 한정하고, 적어도 모듈식 광학 디바이스와 호스트 버스 어댑터 중 하나에 적어도 간접적으로 부착되는 정면 플레이트를 더 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정면 플레이트가 적어도 하나의 상황 표시기를 포함하는 광전자 인터페이스 디바이스.
  20. 여러개의 렌즈 핀들이 기계적으로 결합되어, 주조된 패키지에 기계적으로 결합될 수 있는 형태로 구성된 렌즈 블럭;
    상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되며, 레이저와 포토다이오드를 포함하고, 모듈식 광학 트랜시버가 기판상의 회로와 상호작용할 수 있도록, 주조된 패키지를 기판에 전기적 및 기계적으로 직접 결합시키는 것을 용이하게 해주는 형태로 되어있는 커넥터를 포함하는 주조된 패키지;
    레이저로부터의 광시그널을 외부 구성요소에 인도하기 위해 상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되는 제 1 렌즈 핀;
    외부 구성요소로부터의 광시그널을 포토다이오드로 인도하기 위해 상기 렌즈 블럭에 기계적으로 결합되는 제 2 렌즈 핀을 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 주조된 패키지가 주조된 플라스틱 패키지인 모듈식 광학 디바이스.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 커넥터가 추가적인 프로세스의 요구없이 기판에 직접 결합되도록 제작된 리드 프레임을 포함하는 모듈식 광학 디바이스.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 커넥터가 기판의 스루홀 핀 구성에 접속되도록 하나 또는 그 이상의 핀들을 포함하며, 상기 핀들은 추가적인 프로세스의 요구없이 기판에 직접 결합되도록 제작되는 모듈식 광학 디바이스.
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