TW201716814A - 光電轉換模組 - Google Patents
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Abstract
一種光電轉換模組係被提出，光電轉換模組包含兩部分，包括載板與光學平台。至少一光學元件配置於載板之上。載板配置於光學平台之第一凹槽結構之上。一第一透鏡陣列配置於載板之下以對準至少一光學元件。一鏡面位於第一透鏡陣列之下，具有一光學微反射表面。一第二透鏡陣列配置於鏡面之左側。
Description
本發明係關於一種光電元件，特別係一種用於光學元件與電子元件之間提供訊號傳輸與轉換之光電轉換模組。
光束或光信號經常被用於電子裝置之間、長距離與相鄰電路板之間傳輸數位資料。根據需要進行資料傳輸的光束可以被調變。光信號也可以用於其它目的，包括位置或運動感測、測量等。
通常，一個典型的多光纖連接器包括一連接器套接組件以支撐連接器外罩之尾端。連接器套接組件可以包括一多光纖套接件安裝在一襯套。一彈簧用於相對於連接器外殼之遠端方向以偏向所述連接器套接組件。多光纖套接件用於作為支撐多個光纖之端部。多光纖套接件具有一末端面在該光纖的拋光端位置。當兩個多光纖連接器互相連接時，該多光纖套接件之末端面相對並以它們各自的彈簧而偏向彼此。與多光纖光學連接器連接時，它們各自的光纖係同軸地對準，使得光纖之端面直接彼此相對。以這種方式，透過光纖之對準端面，光信號可以從一光纖傳送至另一光纖。
用於互連的光纖系統通常利用接合套接組件，以便於操作與光纖之準確定位。光纖於一套接件主體內被固定，每一光纖之端面被定位一般齊平或從套接件主體之端面稍稍突出。然後，光纖之端面或面再拋光至所需的程度。當互補的套接組件被配件時，一套接組件之每一光纖與另一套接組件之一配接光纖同軸地定位。在一些應用中，多個配接的光纖之端面物理地彼此接觸以便有效地於配接的光纖對之間信號傳輸。在這些應用中，各種因素可以降低光纖對之間的光傳輸效率。
因此，光學技術在現代電子裝置之中扮演了一個重要的角色，且許多電子裝置採用光學元件。這種光學元件的例子包括光學或光源，例如發光二極體與雷射、波導、光纖、透鏡和其它光學部件、光檢測器和其它光學感測器、光學敏感半導體和其他。
光纖的使用需要光電轉換模組，以將電信號轉換成光信號，或將光信號轉為電信號。此外，光電轉換模組被連接以固定到光纖之端部，或可以從光纖之端部連接或拆卸。
本發明提供一種光電轉換模組。此光電轉換模組包含兩部分，包括載板與光學平台。至少一光學元件配置於載板之上。載板配置於光學平台之一第一凹槽部分之上。一第一透鏡陣列配置於載板之下以對準該至少一光學元件。一鏡面配置於第一透鏡陣列之下，具有一光反射面。一第二透鏡陣列配置於鏡面之左側。
根據本發明之一觀點，一種光電轉換模組包括一載板，具有一光波導部分與V-型凹槽，V-型凹槽具有一第一光反射面與一第二光反射面。至少一光學元件，配置於載板之上。一光學平台，具有一第一凹槽部分以用於載板配置於其上。至少一積體電路晶片，形成於載板之上以耦接形成於載板之上的導線。一透鏡陣列，配置以對準光波導部分。
根據本發明之另一觀點，光學平台具有一第二凹槽部分，用以透鏡陣列形成於其上。光波導部分係由一可撓性材料所構成。載板係藉由一黏著材料以附著於光學平台之第一凹槽部分之上。
V-型凹槽之垂直厚度係大於光波導部分之垂直厚度。一導線形成於載板之上以耦接至少一光學元件。
此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。
100‧‧‧光電轉換模組
101‧‧‧光學平台
101a、101b、102、102a‧‧‧凹槽部分
103、104‧‧‧透鏡陣列
105、112‧‧‧鏡面
106‧‧‧導引梢
106a、106b‧‧‧導引孔
110、110a‧‧‧載板
111‧‧‧光波導部分
113‧‧‧V-型凹槽
120、130‧‧‧積體電路(ICs)
140‧‧‧光源晶片
150‧‧‧光接收元件
160、161、162、163‧‧‧導線
170‧‧‧光學套接件
171‧‧‧光纖連接部分
172‧‧‧光學平台連接部分
180‧‧‧光纖元件
190‧‧‧光纖
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
第一圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換構件；第二圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換模組之一載板與一光學平台；第三圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換模組；第四圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換模組之截面圖；
第五圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換構件之示意圖；第六圖顯示根據本發明之另一實施例之光電轉換構件之示意圖；第七圖顯示根據本發明之另一實施例之光電轉換模組；第八圖顯示根據本發明之另一實施例之光電轉換構件。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。
第一圖顯示根據本發明之一實施例之光電轉換構件之示意圖。光電轉換構件包括一光電轉換元件/模組100、一光纖元件180以及一光學套接件170。光電轉換元件/模組100可以用於單向或雙向訊號傳輸。光電轉換元件/模組100可以應用於一高速傳輸介面，例如USB、HDMI、Lighting或Thunderbolt介面用於纜線消費性產品，或應用於一傳輸介面，例如儲存BUS包括光纖通道(FC：Fiber Channel)、SAS、PCIe或SATA用於光電產品或設備。在一實施例中，光電轉換模組100可以作為一光學傳輸器或一光學接收器，以利於單向傳輸。在另一實施例中，光電轉換模組100可以作為一光學收發器以利於雙向傳輸。光學轉換模組100包括一光學平台101與一載板(interposer)110。在一實施例中，光學元件係配置於載板110之上，例如一光源晶片140與一光接收元件150(例如光二極體、光檢測器晶片或光感測晶片)配置於載板110之上。在一實施例中，積體電路(ICs)120與130係配置於載板110之上，例如一驅動積體電路(driver IC)、控制IC或轉阻放大器晶片、或其他主動元件係配置於載板110之上。此外，被動電子元件也可以配置於載板110之上。在一實施例中，積體電路(ICs)120與130、被動電子元件可以配置於一外部的印刷電路板之上。導線(conductive trace)160、161、162與163係形成於載板110之上。在一實施例中，光源晶片140、光接收元件150、ICs 120與130係藉由一覆晶封裝製程而封裝於載板110之上。載板110之上的導線160與161可以電性連接至外部電路，例如藉由焊線(wire bonding)連接。載板110之上的導線162係電性連接至光源晶片140與IC 120，而載板110之上的導線163係電性連接至光接收元件150與IC 130。載板110之材料包括矽、二氧化矽、陶瓷或介電材料，或者載板110本身為一軟
性印刷電路板作為一基板。在一實施例中，光學平台101係利用一射出成型製程，例如塑膠射出成型製程，以形成一平台用以支撐載板110與透鏡陣列以聚光或導光。透鏡陣列可以用於提升光學使用之效率與增加光學元件封裝之容許值。
在一實施例中，光纖元件180為一光學帶狀光纖(ribbon fiber)或束狀光纖(bundle fiber)。光學帶狀光纖180具有光纖190嵌入光學套接件170之接收孔洞之中以利於光學耦合至載板110上之光學元件。光纖190係嵌入光學套接件170以耦接/連接(接合)至光電轉換模組100。接收孔洞可以為圓柱形。舉例而言，光纖190係為多膜光纖或單膜光纖。並排之光纖190係為多膜光纖配置於光纖元件180之中。每一光纖180之結構具有一核心部分(core)形成於其中心，與一包覆部分(cladding)圍繞核心部分；另外可以增加一塗佈層而塗佈於包覆部分之外表面以保護核心部分與包覆部分。核心部分的折射率為1.35~1.70，而包覆部分的折射率為1.35~1.70。光纖190例如為漸變折射率多膜光纖。
在一實施例中，光學套接件170包括一光纖連接部分171與一光學平台連接部分172。光學套接件170可以作為一外部的光學傳輸介質(光纖)之連接部分。上述接收孔洞係從光纖連接部分171之前表面而延伸穿過學平台連接部分172之後表面。在一實施例中，光纖連接部分171與光學平台連接部分172係為一體成型。
光學平台連接部分172包括一導引孔106b形成於其中以用於接收導引梢106。光學平台101也包括一導引孔106a形成於其中以用於接收導引梢106。如第五圖所示，導引梢106可以接合/嵌入於光學平台連接部分172之導引孔106b以及光學平台101之導引孔106a之中。於第五圖之中，導引孔106a係配置相鄰於光學平台101之透鏡陣列104之側邊。在一實施例中，導引孔106b係延伸穿過光學平台連接部分172，或穿過從光纖連接部分171之前表面至光學平台連接部分172之後表面。當導引梢106匹配一對導引孔106a與106b時，導引孔106a與106b可以為對準孔，其係配置以接收導引梢106以利於對準與連接光學平台連接部分172(光學套接件170)以及光學平台101(光電轉換模組100)。
在一實施例中，多通道光纖連接部分171之長度小於10毫米，而多通道光纖連接部分171之厚度小於3毫米，且多通道光纖連接部分171之
寬度小於5毫米。因此，本發明之多通道光纖連接部分171之大小比傳統的來得更小。
第二圖顯示根據本發明之一具有雙側透鏡陣列之光電轉換模組100之示意圖。光電轉換模組100具有載板110以及具有雙側透鏡陣列103、104之光學平台101。在一實施例中，透鏡陣列103之配置方向與透鏡陣列104之配置方向相同。光學平台101具有一凹槽部分101a用於載板110可以配置/固定於其上，而凹槽部分101a係位於光學平台101之上邊。光學平台101具有另一凹槽部分102，其係位於光學平台101之前側以利於透鏡陣列104形成於其上。在一實施例中，透鏡陣列103、透鏡陣列104與鏡面105係整合/形成於光學平台101之中。鏡面或反射面105係整合於光學平台101之中。載板110可以藉由一黏著材料(例如：環氧樹脂)而附著於光學平台101之凹槽部分101a之上，如第三圖所示。
鏡面或反射面105係被動地用於光源晶片140所發出之光訊號，使其可以非共平面的轉折(光學反射)，且光訊號可以導向至外部的光傳輸介質，例如光纖190。相反地，透過外部的光傳輸介質(光纖190)傳輸之光訊號可以藉由鏡面105而導向該些光訊號，並進一步被光接收元件150所接收。鏡面105可以被製作而直接整合於光學平台101或載板110之中。
如第四圖所示，當載板110附著於光學平台101之凹槽部分101a之上，透鏡陣列103係形成於光學平台101之凹槽部分101a之底部表面之上(或之下)，對準載板110之上之光學元件(光源晶片140與光接收元件150)。透鏡陣列103係位於載板110之下。透鏡陣列104係形成於光學平台101之凹槽部分102之底部表面之上(或之下)。鏡面105係位於透鏡陣列103之下並位於透鏡陣列104之右側邊。舉例而言，光源晶片140發射光穿過載板110與透鏡陣列103，並藉由鏡面105反射至透鏡陣列104以會聚所發射光，並且傳送至外部傳輸介質(光纖190)，如第四圖所示。在另一方面，由外部裝置所發射的光饋入光纖190，然後通過透鏡陣列104以形成約略的準直光，並且藉由鏡面105之反射而穿過透鏡陣列103與載板110，結果藉由光接收裝置150來接收輸入光，如第五圖所示。
複數個光纖190之後端係固定於光學套接件170之光學平台連接部分172之一端。光電轉換模組100具有一功能將從外部的電子裝置或設備之
一光訊號(經由複數個光纖190)轉換為一電訊號，或經由複數個光纖190而傳送一光訊號至外部的電子裝置或設備。
在另一實施例之中，光電轉換模組100具有載板110a與光學平台101。載板110a具有一光波導部分111與一鏡面112，而光學平台101具有一單一透鏡陣列104，如第六圖所示。光學平台101具有一凹槽結構101b以利於載板110a可以配置/固定於其上，且凹槽結構101b係位於載板110a之上側。光學平台101具有另一凹槽結構102位於光學平台101之前側。光波導部分111與鏡面112係整合於載板110a之中。光波導部分111其折射率條件需滿足光波導特性，即核心(core)折射率值高於包覆(clad)折射率值。光波導部分11係可由一可撓性材料所構成，例如高分子材料(polymcr)(折射率值1.3~1.7)；或是介電材料，例如矽(折射率值3.4~3.5)、二氧化矽(折射率值1.4~1.5)。光波導部分111係用於作為一光學波導。載板110a具有一凹槽結構113，例如V-型凹槽，其於V-型凹槽113之一側(內)以及光波導部分111之後側具有一光學為反射表面(鏡面)112，如第七圖所示。鏡面112位於光源晶片140與光二極體晶片150之下以用於反射從光源晶片140或光纖190而來的光訊號。鏡面112具有一特定角度(例如45度角或其他角度)。載板110a之V-型凹槽113具有一特定深度(垂直厚度)。載板110a之V-型凹槽113之第一端構成一反射表面。V-型凹槽113具有一第一反射表面與一第二反射表面，其中第一反射表面係相對(對面)於第二反射表面。。V-型凹槽113之垂直厚度大於光波導部分111之厚度，而V-型凹槽113係穿透光波導部分111。V-型凹槽113之製作端視基板材料而定，可以藉由一壓印製程、一楔型切割製程、一雷射切割製程或蝕刻製程而形成。光源晶片140與光二極體晶片150係封裝於載板110a之上。ICs 120與130可以透過導線161與160並藉由焊線或覆晶板封裝法(flip board mounting)而電性連接至外部裝置。
在一實施例中，ICs例如為一驅動IC、控制IC或轉阻放大器晶片、或其他主動元件係配置於載板之上。驅動IC可以用於驅動光源晶片(例如光電元件)以發光。在本實施例之中，載板110a具有導波功能用以導光。載板110a包括一光波導部分111，例如高分子材料，嵌入於載板110a之中。在一實施例之中，載板110a係可為一可撓性基板、矽基材料或介電材料。
光波導部分111對準至透鏡陣列104以用於光通信，如第七圖所
示。此結構可以透過光波導部分111以接收與傳送光訊號。光源晶片140所產生的光可以反射於光波導部分111之一側邊的光學微反射面112。光波導部分111可以允許光路經穿過其中，以利於光源晶片140所產生的光或來自於外部元件所產生的光穿過其中。光源晶片140可以發射可見光或非可見光。光源晶片140例如為一雷射光源、紅外光源或發光二極體(LED)。紅外光係存在於紅外光頻帶中，其可以藉由雷射或發光二極體所發射。
舉例而言，光源晶片140與光檢測器150係位於(配置於)靠近微反射表面112。因此，光源晶片140所發射之光訊號係經由V-型凹槽113之微反射表面112而反射，接著穿過光波導部分111。
光波導部分111之材料與厚度可以依照實際的應用所需而選擇。舉例而言，光波導部分111之材料包括高分子材料、介電質材料，例如聚亞醯胺。
載板110a可以藉由一黏著材料(例如環氧樹脂)以附著於光學平台101之凹槽部分101b之上，如第七圖與第八圖所示。
ICs 120與130係電性連接至外部裝置或設備，並經由載板110a之導線161與160以溝通訊號。當載板110附著於光學平台101之上，V-型凹槽113面對凹槽部分101b之中的光學平台101之上表面。
載板之上的導線可以藉由焊線或覆晶板而電性連接至ICs或電路板以溝通電訊號。
除描述於此之外，可藉由敘述於本發明中之實施例及實施方式所達成之不同改良方式，皆應涵蓋於本發明之範疇中。因此，揭露於此之圖式及範例皆用以說明而非用以限制本發明，本發明之保護範疇僅應以列於其後之申請專利範圍為主。
100‧‧‧光電轉換模組
101‧‧‧光學平台
101a、102‧‧‧凹槽部分
103、104‧‧‧透鏡陣列
105‧‧‧鏡面
106‧‧‧導引梢
106a‧‧‧導引孔
110‧‧‧載板
120、130‧‧‧積體電路(ICs)
140‧‧‧光源晶片
150‧‧‧光接收元件
160、161、162、163‧‧‧導線
Claims (10)
- 一種光電轉換模組，包含：一載板；至少一光學元件，配置於該載板之上；一光學平台，具有一第一凹槽部分以用於該載板配置於其上；一第一透鏡陣列，配置於該載板之下以對準該至少一光學元件；一鏡面，配置於該第一透鏡陣列之下，具有一光反射面；以及一第二透鏡陣列，配置於該鏡面之左側。
- 如請求項1所述之光電轉換模組，其中該光學平台具有一第二凹槽部分，用以該第二透鏡陣列形成於其上，其中該第一透鏡陣列係形成於該第一凹槽之一底部表面之上。
- 如請求項1所述之光電轉換模組，更包括一導線，形成於該載板之上以耦接該至少一光學元件。
- 如請求項1所述之光電轉換模組，更包括至少一積體電路晶片，形成於該載板之上。
- 如請求項1所述之光電轉換模組，其中該載板係藉由一黏著材料以附著於該光學平台之該第一凹槽部分之上。
- 一種光電轉換模組，包含：一載板，具有一光波導部分與V-型凹槽，該V-型凹槽具有一第一光反射面與一第二光反射面；至少一光學元件，配置於該載板之上；一光學平台，具有一第一凹槽部分以用於該載板配置於其上；以及一透鏡陣列，配置以對準該光波導部分。
- 如請求項6所述之光電轉換模組，其中該光學平台具有一第二凹槽部分，用 以該透鏡陣列形成於其上。
- 如請求項6所述之光電轉換模組，其中該載板係藉由一黏著材料以附著於該光學平台之該第一凹槽部分之上。
- 如請求項6所述之光電轉換模組，更包括一導線，形成於該載板之上以耦接該至少一光學元件。
- 如請求項6所述之光電轉換模組，更包括至少一積體電路晶片，形成於該載板之上。
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