TW201348783A - 光傳輸連接組件及其使用之光電轉換模組 - Google Patents

Abstract

一種光電轉換模組包括電路板、形成於電路板上之平面光波導、裝設於平面光波導上方之第一透鏡及第二透鏡、與電路板電性連接之基板及裝設於基板之雷射元件及受光元件；平面光波導形成有二斜面；該基板位於該第二透鏡上方，第一透鏡、第二透鏡、斜面、雷射元件及受光元件對準；平面光波導之光訊號藉由斜面反射至第一透鏡，並藉由第二透鏡傳輸至受光元件轉換為電訊號傳輸至電路板；雷射元件將電路板之電訊號轉換為光訊號後藉由第二透鏡、第一透鏡及斜面傳輸至平面光波導。本發明還提供一種採用上述光電轉換模組之光傳輸連接組件。

Description

光傳輸連接組件及其使用之光電轉換模組

本發明涉及一種光傳輸連接組件，尤其涉及一種轉換及傳輸光訊號之光傳輸連接組件及其使用之光電轉換模組。

近年來，光通訊有高速化、大容量化之發展趨勢。習知之光電轉換模組封裝時，使用銀膠將雷射元件及光偵測器元件固定於電路板上，使用UV膠將塑膠外蓋固定在電路板上並使得外蓋覆蓋雷射元件及光偵測器元件，光波導插入外蓋中。由於光學元件設計較複雜，不易實現自動化組裝，故，目前光學元件之組裝大部分以手工組裝為主。然，手工作業複雜使得製造成本提高，降低生產效率。

有鑒於此，有必要提供一種組裝方便之光傳輸連接組件及其使用之光電轉換模組。

一種光傳輸連接組件，其包括二光電轉換模組及連接該二光電轉換模組之光波導，每一光電轉換模組包括電路板、形成於該電路板上之平面光波導、第一安裝件、至少二第一透鏡、基板、雷射元件、受光元件、第二安裝件及至少二第二透鏡，該平面光波導形成有與該至少二第一透鏡對準之至少二斜面，用於反射光訊號；該第一安裝件及該第二安裝件可拆卸地卡接於該電路板或該基板上，且該第一安裝件及該第二安裝件位於該電路板與該基板之間，該至少二第一透鏡藉由該第一安裝件裝設於該平面光波導上方，該至少二第二透鏡藉由該第二安裝件裝設於該第一透鏡上方，且該至少二第一透鏡、該至少二第二透鏡及該至少二斜面對準，用於傳播光訊號；該基板裝設於該電路板並與該電路板電性連接，且該基板位於該第二透鏡上方；該雷射元件及受光元件裝設於該基板上並與該至少第二透鏡對準，用以實現光訊號及電訊號之間之轉換；該光波導與該平面光波導光耦合；該光波導之光訊號傳輸至該平面光波導，該至少二斜面反射光訊號至第一透鏡，光訊號藉由第一透鏡及第二透鏡傳輸至該受光元件，該受光元件將光訊號轉換為電訊號並將電訊號傳輸至該電路板；該雷射元件接收該電路板之電訊號並將電訊號轉換為光訊號，光訊號藉由第二透鏡及第一透鏡傳輸至該平面光波導之至少二斜面，該至少二斜面反射光訊號至該平面光波導中傳播，光訊號藉由該平面光波導傳輸至該光波導。

一種光電轉換模組，包括電路板、形成於該電路板上之平面光波導、第一安裝件、至少二第一透鏡、基板、雷射元件、受光元件、第二安裝件及至少二第二透鏡，該平面光波導形成有與該至少二第一透鏡對準之至少二斜面，用於反射光訊號；該第一安裝件及該第二安裝件可拆卸地卡接於該電路板或該基板上，且該第一安裝件及該第二安裝件位於該電路板與該基板之間，該至少二第一透鏡藉由該第一安裝件裝設於該平面光波導上方，該至少二第二透鏡藉由該第二安裝件裝設於該第一透鏡上方，且該至少二第一透鏡、該至少二第二透鏡及該至少二斜面對準，用於傳播光訊號；該基板裝設於該電路板並與該電路板電性連接，且該基板位於該第二透鏡上方；該雷射元件及受光元件裝設於該基板上並與該至少第二透鏡對準，用以實現光訊號及電訊號之間之轉換；該平面光波導之二斜面反射光訊號至第一透鏡，光訊號藉由第一透鏡及第二透鏡傳輸至該受光元件，該受光元件將光訊號轉換為電訊號並將電訊號傳輸至該電路板；該雷射元件接收該電路板之電訊號並將電訊號轉換為光訊號，光訊號藉由第二透鏡及第一透鏡傳輸至該平面光波導之至少二斜面，該至少二斜面反射光訊號至該平面光波導中傳播。

上述光傳輸連接組件中，將形成有斜面之平面光波導形成於電路板上，光波導與平面光波導光耦合，取代傳統之插設光電或光波導之蓋體封裝於電路板上，且第一透鏡及第二透鏡藉由第一安裝件及第二安裝件裝設於基板與電路板之間，簡化了光學零件組裝之手工作業，減少生產成本。

請一併參閱圖1及圖2，本發明實施方式之光傳輸連接組件100包括二光電轉換模組101、二連接件103及藉由二連接件103連接二光電轉換模組101之光波導105。光電轉換模組101用於實現光訊號與電訊號之間之轉換。光波導105用於傳輸光訊號。於本實施方式中，光波導105為可折叠光波導。

光電轉換模組101包括電路板10、平面光波導20、第一安裝件30、至少二第一透鏡40、二焊板50、基板60、雷射元件73、受光元件75、第二安裝件80及至少二第二透鏡90。平面光波導20形成於電路板10上。第一安裝件30可拆卸地卡接於電路板10上，且位於平面光波導20之上方。至少二第一透鏡40藉由第一安裝件30安裝於平面光波導20之上方，用以接收從平面光波導20傳播之光訊號或將光訊號傳播至平面光波導20。二焊板50藉由錫球陣列53焊接於電路板10上鄰近第一安裝件30之兩端，且二焊板50位於電路板10上方之高度略高於第一安裝件30。焊板50與電路板10電性連接。基板60裝設於焊板50上方，其兩端分別與二焊板50焊接於一起，且基板60位於第一安裝件30之上方。本實施例中，基板60藉由金球陣列55焊接於焊板50上，基板60與焊板50電性連接，從而基板60藉由二焊板50與電路板10電性連接，雷射元件73及受光元件75裝設於基板60遠離電路板10之一側，且雷射元件73及受光元件75均藉由焊板50與電路板10電性連接。雷射元件73用以將電路板10發出之電訊號轉換為光訊號，受光元件75用以接收光訊號並將光訊號轉換為電訊號傳送至電路板10。第二安裝件80可拆卸地卡接於基板60朝向電路板10之面上，且第二安裝件80位於第一安裝件30之上方。至少二第二透鏡90藉由第二安裝件80安裝於基板60朝向電路板10之一側，並位於至少二第一透鏡40之上方，用以接收雷射元件73發出之光訊號並傳輸至第一透鏡40或接收第一透鏡40傳播之光訊號並傳輸至受光元件75。至少二第一透鏡40與至少二第二透鏡90位於基板60與電路板10之間，至少二第一透鏡40及至少二第二透鏡90與雷射元件73及受光元件75對準。連接件103卡合於電路板10上，光波導105末端與連接件103連接，並與平面光波導20光耦合。

電路板10包括有朝向第一安裝件30之第一卡合面11及與第一卡合面11相鄰之第二卡合面13。第二卡合面13朝向光波導105。第一卡合面上開設有第一卡合槽111，用於卡合第一安裝件30。第二卡合面13上開設有卡扣槽131，用於卡合連接件103。於本實施方式中，第一卡合槽111之數量為二。

平面光波導20形成於電路板10上，且開設有二開口21，二開口21靠近光波導105之一側形成斜面211，斜面211與開口21之底面夾角為45度。於本實施方式中，利用光阻旋塗機將平面光波導20塗覆於電路板10上。使用半導體微影製程於平面光波導20上形成斜面211。

第一安裝件30包括本體31及由本體31兩端朝向電路板10一側延伸之一對卡合部33。本體31開設有二通孔311。卡合部33卡合於電路板10之第一卡合槽111中。可理解，卡合部33之數量可為一、三、四或更多，且卡合部33之數量為一時，卡合部33形成於該本體31之中間部位。第一透鏡40安裝於第一安裝件30之通孔311處，並對準通孔311及對準平面光波導20之斜面211。於本實施方式中，第一透鏡40對應通孔311之數量為二，可理解，第一透鏡40之數量可以三、四、五或更多，對應地，通孔311之數量可為三、四、五或更多。

二焊板50藉由錫球陣列53焊接於第一安裝件30之二側，且二焊板50於電路板10平行。焊板50上形成有金屬焊墊51，焊板50焊接於電路板10上時，錫球陣列焊接於金屬焊墊51處，以確保焊板50與電路板10電性連接。

於本實施方式中，基板60為矽基板。基板60之二端上形成有金屬焊墊61，基板60之金屬焊墊61處藉由金球陣列55焊接於焊板50之金屬焊墊51處，使得基板60藉由焊板50與電路板10電性連接。基板60位於第一安裝件30之上方。可理解，基板60亦可直接焊接於電路板10上以與電路板10電性連接。基板60朝向電路板10之一側面開設有二第二卡合槽63，用於卡合第二安裝件80。基板60於二第二卡合槽63之間開設有二通孔65。

雷射元件73及受光元件75裝設於基板60遠離電路板10之一側。光電轉換模組101進一步包括裝設於基板60遠離電路板10之一側之雷射元件驅動晶片71及受光元件驅動晶片77。於本實施方式中，雷射元件驅動晶片71、雷射元件73、受光元件驅動晶片77及受光元件75藉由覆晶封裝技術及共晶接合技術依次裝設於基板60上，雷射元件驅動晶片71與雷射元件73電性連接，受光元件驅動晶片77與受光元件75電性連接。雷射元件73與受光元件75分別位於二通孔65之上方。雷射元件驅動晶片71及受光元件驅動晶片77之一端分別封裝於基板60之金屬焊墊61處，以使得雷射元件驅動晶片71及受光元件驅動晶片77分別與電路板10電性連接。雷射元件驅動晶片71用於控制雷射元件73接收電訊號並將電訊號轉換為光訊號。受光元件驅動晶片77用於控制受光元件75接收光訊號並將光訊號轉換為電訊號。可理解，雷射元件驅動晶片71、雷射元件73、受光元件驅動晶片77及受光元件75亦可藉由銀膠固化黏貼於基板60上。

第二安裝件80與第一安裝件30結構相似，包括本體81及一對卡合部83。本體81開設有二通孔811。卡合部83卡合於基板60之第二卡合槽63中，且使得第二安裝件80之通孔811與第一安裝件30之通孔311對準。可理解，卡合部83之數量可為一、三、四或更多，且卡合部83之數量為一時，卡合部83形成於該本體81之中間部位。第二透鏡90安裝於第二安裝件80之通孔811處，並對準通孔811、通孔65及第一透鏡40。於本實施方式中，第二透鏡90對應通孔811之數量為二，可理解，第二透鏡90之數量可以三、四、五或更多，對應地，通孔811之數量可為三、四、五或更多。

連接件103之一端凸伸形成有定位部1031，且定位部1031插接於電路板10之卡扣槽131中。光波導105之一端插設於連接件103遠離定位部1031之一端，且光波導105與平面光波導20光耦合。

組裝時，平面光波導20形成於電路板10上，第一安裝件30之卡合部33插設於電路板10之第一卡合槽111中，第一透鏡40裝設於第一安裝件30並對準通孔311。二焊板50藉由錫球陣列53焊接於電路板10上，且位於第一安裝件30之二側。雷射元件驅動晶片71、雷射元件73、受光元件驅動晶片77及受光元件75藉由覆晶封裝技術及共晶接合技術依次裝設於基板60上。第二安裝件80之卡合部83卡合於基板60之第二卡合槽63中。第二透鏡90安裝於第二安裝件80並與通孔811及第一透鏡40對準。基板60藉由金球陣列55接合於二焊板50上，並使得雷射元件驅動晶片71及受光元件驅動晶片77與電路板10電性連接。連接件103之定位部1031卡合於電路板10之卡扣槽131中，光波導105之端部插設於連接件103遠離定位部1031之一端，且光波導105與平面光波導20光耦合。

使用時，電路板10之電訊號藉由焊板50及基板60之金屬焊墊61傳輸至雷射元件驅動晶片71，雷射元件驅動晶片71驅動雷射元件73將電訊號轉換為光訊號，並將光訊號藉由通孔65、第二透鏡90、第一透鏡40傳送至平面光波導20之斜面211，斜面211將光訊號反射為平行電路板10之光訊號，且光訊號於平面光波導20內傳播至光波導105。由光波導105傳輸之光訊號傳輸至平面光波導20中時，藉由平面光波導20之斜面211反射至第一透鏡40，並藉由第二透鏡90及通孔65傳送至受光元件75，受光元件75接收光訊號並於受光元件驅動晶片77之控制下將光訊號轉換為電訊號，電訊號藉由受光元件驅動晶片77及焊板50傳輸至電路板10。

可理解，該連接件103之定位部1031可直接形成於光波導105上，此時連接件103可省略，光波導105直接卡合於電路板10上，並與平面光波導20光耦合。第一安裝件30可卡合於基板60上，第二安裝件80可卡合於電路板10上，第一安裝件30及第二安裝件80亦可替換為其他裝設第一透鏡40及第二透鏡90之結構，僅需保證第一透鏡40及第二透鏡90位於電路板10及基板60之間，且與雷射元件73及受光元件75及平面光波導20之斜面211對準。雷射元件73及受光元件75亦可裝設於基板60靠近電路板10之一側。

本發明提供之光電轉換模組101中，將裝設第一透鏡40之第一安裝件30卡合於電路板10上，裝設第二透鏡90之第二安裝件80卡合於基板60上，形成有斜面211之平面光波導20塗覆於電路板10上，光波導105藉由卡合於電路板10之連接件103與平面光波導20光耦合，從而簡化了光學零件組裝之手工作業，減少生產成本。使用覆晶技術加上共金接合製程將雷射元件驅動晶片71、雷射元件73、受光元件驅動晶片77及受光元件75封裝於基板60上，可有效增進元件封裝之精準度。使用焊板與金球陣列55將基板60焊接於電路板10上，使得雷射元件驅動晶片71、雷射元件73、受光元件驅動晶片77及受光元件75於基板60上散熱良好。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100．．．光傳輸連接組件

101．．．光電轉換模組

103．．．連接件

105．．．光波導

10．．．電路板

20．．．平面光波導

30．．．第一安裝件

40．．．第一透鏡

50．．．焊板

60．．．基板

80．．．第二安裝件

90．．．第二透鏡

11．．．第一卡合面

13．．．第二卡合面

111．．．第一卡合槽

131．．．卡扣槽

21．．．開口

211．．．斜面

31，81．．．本體

33，83．．．卡合部

311，811，65．．．通孔

51，61．．．金屬焊墊

63．．．第二卡合槽

53．．．錫球陣列

55．．．金球陣列

71．．．雷射元件驅動晶片

73．．．雷射元件

75．．．受光元件

77．．．受光元件驅動晶片

1031．．．定位部

圖1係本發明實施方式光電轉換模組之剖視圖。

圖2係本發明實施方式光傳輸連接組件之剖視圖。

101．．．光電轉換模組

10．．．電路板

20．．．平面光波導

30．．．第一安裝件

40．．．第一透鏡

50．．．焊板

60．．．基板

80．．．第二安裝件

90．．．第二透鏡

11．．．第一卡合面

13．．．第二卡合面

111．．．第一卡合槽

131．．．卡扣槽

21．．．開口

211．．．斜面

31，81．．．本體

33，83．．．卡合部

311，811，65．．．通孔

51，61．．．金屬焊墊

53．．．錫球陣列

55．．．金球陣列

63．．．第二卡合槽

71．．．雷射元件驅動晶片

73．．．雷射元件

75．．．受光元件

77．．．受光元件驅動晶片

Claims (10)

1. 一種光傳輸連接組件，其包括二光電轉換模組及連接該二光電轉換模組之光波導，其改良在於：每一光電轉換模組包括電路板、形成於該電路板上之平面光波導、第一安裝件、至少二第一透鏡、基板、雷射元件、受光元件、第二安裝件及至少二第二透鏡，該平面光波導形成有與該至少二第一透鏡對準之至少二斜面，用於反射光訊號；該第一安裝件及該第二安裝件可拆卸地卡接於該電路板或該基板上，且該第一安裝件及該第二安裝件位於該電路板與該基板之間，該至少二第一透鏡藉由該第一安裝件裝設於該平面光波導上方，該至少二第二透鏡藉由該第二安裝件裝設於該第一透鏡上方，且該至少二第一透鏡、該至少二第二透鏡及該至少二斜面對準，用於傳播光訊號；該基板裝設於該電路板並與該電路板電性連接，且該基板位於該第二透鏡上方；該雷射元件及受光元件裝設於該基板上並與該至少第二透鏡對準，用以實現光訊號及電訊號之間之轉換；該光波導與該平面光波導光耦合；該光波導之光訊號傳輸至該平面光波導，該至少二斜面反射光訊號至第一透鏡，光訊號藉由第一透鏡及第二透鏡傳輸至該受光元件，該受光元件將光訊號轉換為電訊號並將電訊號傳輸至該電路板；該雷射元件接收該電路板之電訊號並將電訊號轉換為光訊號，光訊號藉由第二透鏡及第一透鏡傳輸至該平面光波導之至少二斜面，該至少二斜面反射光訊號至該平面光波導中傳播，光訊號藉由該平面光波導傳輸至該光波導。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光傳輸連接組件，其中該光傳輸連接組件還包括二連接件，該電路板與形成平面光波導相鄰之面上形成有卡扣槽，該連接件形成有定位部，該定位部卡合於該卡扣槽中，該光波導之二端插設於該二連接件中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光傳輸連接組件，其中該光電轉換模組還包括二焊板，該基板二端形成有二金屬焊墊，該焊板上形成有金屬焊墊，該基板於其金屬焊墊處藉由金球陣列與該焊板之金屬焊墊處接合，該焊板於其金屬焊墊處藉由錫球陣列與該電路板接合，該基板藉由該焊板與該電路板電性連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光傳輸連接組件，其中該光電轉換模組還包括裝設於該基板之雷射元件驅動晶片及受光元件驅動晶片，該雷射元件驅動晶片與該雷射元件電性連接，該雷射元件驅動晶片控制該雷射元件將電訊號轉換為光訊號，該受光元件驅動晶片與該受光元件電性連接，該受光元件驅動晶片控制該受光元件將光訊號轉換為電訊號，該雷射元件驅動晶片及該受光元件驅動晶片分別與該基板之金屬焊墊處接合，該雷射元件驅動晶片及該受光元件驅動晶片分別與該電路板電性連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光傳輸連接組件，其中該基板開設有二通孔，該二通孔分別與該雷射元件及該受光元件對準。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光傳輸連接組件，其中該電路板朝向該第一安裝件之面上開設有第一卡合槽，該第一安裝件包括本體及由本體朝向電路板一側延伸之卡合部，該卡合部卡合於該第一卡合槽中。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光傳輸連接組件，其中第一安裝件之該本體上開設有至少二通孔，該至少二第一透鏡與該至少二通孔對準。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光傳輸連接組件，其中該基板朝向該電路板之面上開設有第二卡合槽，第二安裝件包括本體及由本體朝向電路板一側延伸之卡合部，該第二安裝件之卡合部卡合於該第二卡合槽中。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光傳輸連接組件，其中第二安裝件之該本體上開設有至少二通孔，該至少二第二透鏡與該至少二通孔對準。
10. 一種光電轉換模組，其改良在於：該光電轉換模組包括電路板、形成於該電路板上之平面光波導、第一安裝件、至少二第一透鏡、基板、雷射元件、受光元件、第二安裝件及至少二第二透鏡，該平面光波導形成有與該至少二第一透鏡對準之至少二斜面，用於反射光訊號；該第一安裝件及該第二安裝件可拆卸地卡接於該電路板或該基板上，且該第一安裝件及該第二安裝件位於該電路板與該基板之間，該至少二第一透鏡藉由該第一安裝件裝設於該平面光波導上方，該至少二第二透鏡藉由該第二安裝件裝設於該第一透鏡上方，且該至少二第一透鏡、該至少二第二透鏡及該至少二斜面對準，用於傳播光訊號；該基板裝設於該電路板並與該電路板電性連接，且該基板位於該第二透鏡上方；該雷射元件及受光元件裝設於該基板上並與該至少第二透鏡對準，用以實現光訊號及電訊號之間之轉換；該平面光波導之二斜面反射光訊號至第一透鏡，光訊號藉由第一透鏡及第二透鏡傳輸至該受光元件，該受光元件將光訊號轉換為電訊號並將電訊號傳輸至該電路板；該雷射元件接收該電路板之電訊號並將電訊號轉換為光訊號，光訊號藉由第二透鏡及第一透鏡傳輸至該平面光波導之至少二斜面，該至少二斜面反射光訊號至該平面光波導中傳播。