TWI477838B - 用以轉換信號之裝置及方法、以及用以製造該裝置之方法 - Google Patents

Description

用以轉換信號之裝置及方法、以及用以製造該裝置之方法

本發明係有關於用以轉換信號之裝置。

發明背景

一般而言，光學封裝體具有一光學介面，此處光纜係附接來接收或發射一光學信號。光學封裝通常係將積體電路及主動光學元件一起定位。因此，封裝體典型地係設計來用在電氣插座，原因在於細緻的光學元件無法忍受暴露於印刷電路板(PCB)焊接再流溫度。

光學封裝體可包括具有光纖之光纜。光纖廣泛用在光纖-光學通訊，其允許以比較其它通訊形式通過更長距離及以更高帶寬(資料率)傳輸。運用光纖來替代金屬，原因在於信號行經其間的損耗較少，且對電磁干擾較具抗性。光纖也用來照明，及包裹成束，使其可用來攜載影像，如此允許在緊密空間觀看。特別設計的光纖係用在多項其它應用，包括感測器及光纖雷射。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種用以轉換信號之裝置，其包含在一端具有一光電轉換裝置之一光纜，該光電轉換裝置係用以將光學信號轉換成電氣信號或將電氣信號轉換成光學信號；可拆卸地承接該光電轉換裝置及從該電氣信號產生已處理信號之一電氣封裝體；及附接至該電氣封裝體用以接收該已處理信號之一通用電路板。

圖式簡單說明

本揭示內容之其它特徵及優點從後文詳細說明部分結合附圖一起舉例說明之本揭示內容的特徵將更為彰顯；及附圖中：第1圖為依據本揭示之一實例光電轉換裝置之透視圖；第2a圖為依據本揭示之一實例光纜之透視圖；第2b圖為依據本揭示之一實例光波導之端視圖；第3圖為依據本揭示之一實例附接至通用電路板之電氣封裝體之透視圖；第4圖為依據本揭示之一實例用以轉換與處理光學信號之裝置之透視圖。

較佳實施例之詳細說明

在描述本揭示內容之前，須瞭解本揭示內容並非囿限於此處揭示之特定處理步驟及材料，原因在於此等處理步驟及材料可能略有改變。也須瞭解此處使用的名詞術語僅供用在描述特定實例之用。該等名詞術語絕非意圖為限制性，原因在於本揭示內容之範圍意圖只受隨附之申請專利範圍及其相當範圍所限。

須注意除非上下文另行明白指示，否則如本說明書及隨附之申請專利範圍使用，單數形「一」及「該」係包括複數形。

如此處使用，「光電轉換裝置」係指附接至主動光學元件之光學介面。一般而言，主動光學元件接收光學信號且 將該光學信號轉換成電氣信號。

如此處使用，「光纜」係指透過光學介面而傳送光學信號給主動光學元件之具有光纖或光波導的纜線。

如此處使用，「光學元件」或「光學組件」通常係指光學介面及主動光學元件。

如此處使用，「電氣封裝體」係指具有至少一個積體電路或其它處理器，及用來接納光電轉換裝置之一基體。概略言之，電氣封裝體係附接至通用電路板或以其它方式而與通用電路板作電接觸或聯通。此外，電氣封裝體通常係處理來自光纜的電氣信號。

如此處使用，為求方便，多個項目、結構元件、組成元件及/或材料可在一共用表單呈現。此等表單須解譯為彷彿表單中的各個成員係個別地識別為一個分開的獨特成員。如此，若無相反指示，則此一表單中並無個別成員可單獨基於其出現在一個共通群組而被解譯為在同一表單上任何其它成員的實際相當物。

業已認知較佳係發展出適合用於寬廣多項應用之光學裝置。依據此點，此處所述裝置及方法可包括一種光學裝置其在光纜一端包圍一光電轉換裝置用以附接至電路板上的電氣封裝體。如此，本揭示提出光學裝置其允許透過含有主動光學元件之一可拆卸的纜線而變更電路板上的光學封裝體，而非將此等元件封裝或埋設在電路板及/或電氣封裝體上。

如此，一種用來轉換(例如光學信號轉換成電氣信號， 或反之亦然)及處理此種信號之裝置可包含在一端具有一光電轉換裝置之一光纜，該光電轉換裝置係用以將光學信號轉換成電氣信號或將電氣信號轉換成光學信號；可拆卸地承接該光電轉換裝置及從該電氣信號產生已處理信號之一電氣封裝體；及附接至該電氣封裝體用以接收該已處理信號之一通用電路板。

於另一實施例中，一種用來轉換信號(例如光學信號轉換成電氣信號，或反之亦然)之裝置可包含包括一光波導之一光纜，及附接在該光纜一端之一光電轉換裝置。該光電轉換裝置可經組配來將光學信號轉換成電氣信號或將電氣信號轉換成光學信號。更明確言之，該光電轉換裝置可包括一主動光學元件、配置在該光波導與主動光學元件間之一光學介面、及一對齊結構。該光學介面允許該光波導與主動光學元件間之光學通訊。又，該對齊結構係配置來將該光纜之光波導與主動光學元件對齊。

須注意當描述光學裝置或製造或使用此種裝置之方法時，此等描述各自可視為適用於各個實例而與其是否明確地在該實例之脈絡中討論與否無關。舉例言之，當針對光學裝置討論主動光學元件時，主動光學元件也可用在此種裝置之製法，及反之亦然。

可從本揭示及例示說明所導出的多項修改及組合及因此，下述圖式不應解譯為限制性。

現在參考第1圖，光電轉換裝置100包含附接至主動光學元件104之光學介面102。主動光學元件附接至光學介面 可為技藝界已知之任一種方法。舉例言之，光學介面可經金屬化來允許藉覆晶附接而允許主動光學元件之附接。此外，其它已知之附接方法包括但非限制性黏合接著打線接合、直接晶片附接、連結劑、聚合物黏著劑、環氧樹脂連結、焊接等。一個實例中，「底部填充」為施加在覆晶晶粒與其所附接的基體間之薄型黏著劑層，其可用作為被覆黏著劑來改良晶片附接的穩健性。一般而言，黏著劑「底部填充」在兩個附接元件間之間隙而強化附接情況。值得注意者，一個實例中，底部填充在關注波長可為光學透明，允許光通過其中。此外，「球狀上蓋」可用作為被覆黏著劑來改良晶片附接的穩健性。一般而言，球狀上蓋為典型地施加於暴露出的打線接合積體電路(IC)上方來保護細緻導線及晶片之黏著劑被覆物。球狀上蓋典型地係用在IC係直接附接至大型印刷電路板(PCB)(稱作為「板上晶片(COB)」之處理程序)時，而非IC係分開地封裝在塑膠或陶瓷封裝體。

光學介面102通常包括電氣附接襯墊及軌跡106及對齊結構108。此外，光學介面可包括腳柱110及/或透鏡112。概略言之，透鏡可配置在光檢測器114或雷射116上方來將所傳輸之光學信號分別聚焦入或聚焦出光波導，例如多根光纖。一般而言，透鏡可或可未存在於光學介面。一個實例中，此處雷射發射入多模式光纖內，透鏡可能不存在。另一個光二極體具有例如直徑50微米之小型功能區域的實例中，一透鏡可被使用。如此處討論，光電轉換裝置可包含 發射光學信號之雷射。如此，此處所述光纜可允許處理器與次要裝置間的光通訊。

繼續參考第1圖但略為參考第2a圖，對齊結構108可用來相對於光纜200定位光電轉換裝置。一個實例中，定位可為略為精確至極其精確對齊。此外，光學介面金屬化特徵結構，例如電氣軌跡，可藉由相對於該對齊結構而設置在光學介面之頂面上，以決定該光學主動元件的位置。該對齊結構可與對齊孔202配接以提供來相對於該光波導204內部之該等光纖208而將該主動光學元件定位(顯示於第2a圖及容後詳述)。如此處所述，一個實例中，定位可以是精準對齊。此等實例可針對：1)多模式對齊，具有小於5微米之徑向定位準確度及/或2)單模式對齊，具有小於1微米之徑向定位準確度二者而提供光學對齊精準度。

光學介面102可從通常用在光學介面製造的任一種材料製成，該等材料包括但非限於玻璃、藍寶石、聚矽氧、塑膠、高溫塑膠、陶瓷等。一個實例中，材料可為玻璃及/或藍寶石。另一個實例中，光學介面可為透明基材。如此處所述，主動光學元件104可包含光檢測器114或雷射116。一個實例中，主動光學元件可含有光檢測器陣列。另一個實例中，主動光學元件可含有雷射陣列。另一個實例中，該等光檢測器係選自於由光學檢測器、化學檢測器、光敏電阻器、光伏電池、光二極體、光電晶體、發光二極體、及其組合所組成的組群。該等雷射可選自於由豎腔表面發射雷射、法布里-珀羅(fabry-perot)雷射、分散式回授雷射等。

現在轉成參考第2a及2b圖，光纜200可包含用來從光電轉換裝置100接納對齊結構108之槽道202。此外，光纜可包含光波導204，其通常包括光纖208(顯示為第2b圖之端視圖)。如前述，透過覆晶附接或其它手段以及進一步使用對齊結構來配接光纜的槽道，使得主動光學元件更精準地附接至光學介面102，主動光學元件104可更加精確地對齊光波導內的光纖。一個實例中，光纜可包含緊固結構206，諸如夾子、接頭配件(fitting)等。

此處所述裝置可提供光學組件與纜線及其它裝置之精準對齊。一個實例中，如此處所述，主動光學元件104可附接至光纜200，使得主動光學元件之功能組件(其可包括雷射116、光檢測器114等)可發射光進入光波導或自光波導接收光。另一個實例中，光纜可含有具有多根光纖208之光波導204，相對於槽道202，該等光纖係配置在光纜連接器表面上。如此，當主動光學元件係附接至光纜時，其對齊結構可配置在槽道內。如此，該功能組件例如雷射或光檢測器可相對於光纖而精準地定位。

須注意雖然此等圖式已經顯示本揭示之某些特徵，但此等特徵僅供舉例說明之用而非限制如此處陳述之揭示。例如雖然第2圖顯示夾子206a作為緊固結構206，但此項揭示絕非限制性，原因在於本揭示意圖使用任一型緊固結構，例如接頭配件、螺絲等。此外，雖然緊固結構係闡釋為與光纜分開的組件；亦即可從光纜殼套移開，但本發明意圖涵蓋單一模製總成的使用；亦即緊固結構係與光纜殼 套單一模製。

此處所述光纜可具有結合在其中之主動光學元件，允許光學組件從電氣封裝體移開。此種移動性在製造期間提供附接至電氣封裝體或處理器的傳統光學組件所未見的效果。通常傳統光學組件係持久地附接至處理器。本光纜允許光學功能增高，原因在於藉由移動光纜而非移除光纜及處理器而可關閉光學組件；及允許降低成本，原因在於光學組件可與處理器分開製造且在處理器製造之後附接光學組件。此外，此處所述光學組件可位在光纜末端而非埋設在光纜內部，因而允許熱散逸。

現在轉向參考第3圖(及回頭參考第1及2圖)，電氣封裝體302附接至一通用電路板304(顯示其中一部分)。電氣封裝體可包含積體電路306。電氣封裝體也可包含用來將電氣封裝體附接至通用電路板之附接結構308。一個實例中，附接結構可為焊柱308a。此外，附接結構可以是捺扣夾、螺絲或其它金屬柱。電氣封裝體302也可含有元件諸如焊球、電氣接腳等用來與電路板304作電接觸。焊柱可為任一種形狀。一個實例中，焊柱可為焊球。電氣封裝體可為經修改的塑膠球柵陣列。電氣封裝體302與系統印刷電路板間之電連結可利用插座的裝置變成可拆卸的以及藉使用焊料成為持久性附接。電氣封裝體也可包括用來在光纜200末端接納光電轉換裝置100的開放區310。此外，凹陷區312可藉模製、研磨或其它手段而製造在電氣封裝體內部來接納附接至光電轉換裝置100之光學介面102的該主動光學元件 104。當光纜配接至該電氣封裝體，該凹陷區可提供該主動光學元件之餘隙。

如前文討論，光纜200可包含針對光纜附接至電氣封裝體302之附接點的緊固結構206。電氣封裝體可具有可操作來接納緊固結構之開槽314。如前文討論，光學介面可附接至主動光學元件，及包含與該主動光學元件做電聯通之電氣附接襯墊及軌跡106。此外，電氣軌跡可與電氣封裝體上相應的電氣接點316配接。一個實例中，電氣封裝體可包含至少一個積體電路及配接來自光纜的電氣軌跡之電氣接點。此外，電氣接點可與積體電路部分作電聯結，而可驅動雷射或接收且放大來自光檢測器之信號。電氣接點可對光纜供電及接地。

現在轉向參考第4圖，示意顯示先前所述各部分當其共同組裝時的情況。如此，裝置及裝置之製法係舉例說明於其中。更明確言之，該製法包含將電氣封裝體302附接至通用電路板304。額外步驟包括藉由將該光纜一端的該光電轉換裝置100配接至該電氣封裝體以將光纜200連結至該電氣封裝體。光電轉換裝置可將光學信號轉成電氣信號。另一個實例中，光電轉換裝置可將電氣信號轉換成光學信號。該方法進一步包含透過對齊結構而將光纖從光波導對齊至光電轉換裝置之一主動光學元件。此外，該方法包括藉由使用多個焊柱及/或焊珠而將電氣封裝體焊接至通用電路板來將電氣封裝體附接至通用電路板。

須瞭解光纜200可移轉機械負載給電氣封裝體302。如 此，本揭示設置焊柱308a、附接結構308或其它機械式應力解除給該裝置。焊柱可在標準再流處理期間焊接至通用電路板。其它技術可採用來保護電接點及電氣封裝體302通常免於通過光纜，諸如使用塑膠夾或金屬板夾捺扣至通用電路板及/或電氣封裝體上而來的機械負載。若物理負載超過設定值，則光纜也可設計來從電氣封裝體釋放。一個實例中，磁性附接可發揮此項功能。

另一個實例中，此處所述裝置之製法可包含將電氣封裝體附接至通用電路板，及藉由將在該光纜一端之光電轉換裝置配接至該電氣封裝體以將該光纜連結至該電氣封裝體。又，該光電轉換裝置係可操作來將一光學信號轉換成一電氣信號或將一電氣信號轉換成一光學信號。

另一個實例中，據此提供用以將光學信號轉換成電氣信號及處理該電氣信號之方法。該方法包含產生一光學信號，及在一光纜內部將該光學信號轉換成電氣信號。該光纜在一端具有一光電轉換裝置，且可操作來將光學信號轉換成電氣信號或將電氣信號轉換成光學信號。額外步驟包括將電氣信號從光纜傳送至電氣封裝體，在該電氣封裝體產生一已處理信號，及將該已處理信號從該電氣封裝體傳送至附接至該電氣封裝體之一通用電路板。一個特定實例中，該方法包含如此處所述將光纜可拆卸地附接至電氣封裝體之初始步驟。該方法進一步包含將電氣信號轉成光學信號用以進行雙向通訊。

要言之，本揭示提供具有主動光學元件附接其上使得 光學組件易從該通用電路板移開之一種可拆卸的光纜。須注意此等方法及裝置可彼此獨立無關地修改。此外，須注意通用電路板及/或電氣封裝體可透過標準焊接再流法製造，原因在於光學組件係全然含在光纜內部，其隨後可附接至通用電路板及/或電氣封裝體。又復，本裝置及方法可提供額外功能，原因在於當重複使用電氣封裝體時光學組件容易藉移除光纜而更換。

雖然已經參考某些實例描述本揭示，但熟諳技藝人士將瞭解可未悖離本揭示之精髓而做出多項修改、改變、刪除及取代。因此意圖本揭示僅受如下申請專利範圍之範圍所限。

100‧‧‧光電轉換裝置

102‧‧‧光學介面

104‧‧‧主動光學元件

106‧‧‧電氣附接襯墊及軌跡

108‧‧‧對齊結構

110‧‧‧腳柱

112‧‧‧透鏡

114‧‧‧光檢測器

116‧‧‧雷射

200‧‧‧光纜

202‧‧‧對齊孔、槽道

204‧‧‧光波導

206‧‧‧緊固結構

206a‧‧‧夾子

208‧‧‧光纖

302‧‧‧電氣封裝體

304‧‧‧通用電路板

306‧‧‧積體電路

308‧‧‧附接結構

308a‧‧‧焊柱

310‧‧‧開放區

312‧‧‧凹陷區

314‧‧‧開槽

316‧‧‧電接點

第1圖為依據本揭示之一實例光電轉換裝置之透視圖；第2a圖為依據本揭示之一實例光纜之透視圖；第2b圖為依據本揭示之一實例光波導之端視圖；第3圖為依據本揭示之一實例附接至通用電路板之電氣封裝體之透視圖；第4圖為依據本揭示之一實例用以轉換與處理光學信號之裝置之透視圖。

100‧‧‧光電轉換裝置

102‧‧‧光學介面

104‧‧‧主動光學元件

200‧‧‧光纜

206a‧‧‧夾子

302‧‧‧電氣封裝體

304‧‧‧通用電路板

308a‧‧‧焊柱

314‧‧‧開槽

Claims (14)

1. 一種用以轉換信號之裝置，其包含：包括一光波導之一光纜；及附接在該光纜一端之一光電轉換裝置，該光電轉換裝置係用以將光學信號轉換成電氣信號或將電氣信號轉換成光學信號，該光電轉換裝置包括：一主動光學元件，配置在該光波導與該主動光學元件間之一光學介面，其允許該光波導與該主動光學元件間之光通訊，及至少一個對齊結構，其係用以將該光纜之該光波導與該主動光學元件作光學對齊。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含：可拆卸地承接該光電轉換裝置及從電氣信號產生已處理信號之一電氣封裝體；及附接至該電氣封裝體以接收該已處理信號之一通用電路板。
3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該主動光學元件係附接至該光學介面。
4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其中該主動光學元件包含光檢測器或雷射。
5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該主動光學元件包括光檢測器，及該等光檢測器係選自於由光學檢測器、化學檢測器、光敏電阻器、光伏電池、光二極體、光電 晶體、發光二極體、及其組合所組成的組群。
6. 如申請專利範圍第3至5項中任一項之裝置，其中該光學介面包含與該主動光學元件作電氣聯通之電氣附接襯墊及軌跡，該電氣附接襯墊及軌跡可操作來與在該電氣封裝體上之相應的電氣接點配接。
7. 如申請專利範圍第2至5項中任一項之裝置，其中該光纜包含用作該光纜對該電氣封裝體之一額外附接點之一緊固結構。
8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該緊固結構為一扣具。
9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光波導包含多根光纖，及該主動光學元件包括多個相應的光檢測器、雷射或其組合。
10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光學介面包括配置在該光波導之一光纖與該主動光學元件之一光檢測器或雷射間之一透鏡。
11. 一種製造如申請專利範圍第2至8項中任一項之裝置之方法，其包含下列步驟：將該電氣封裝體附接至該通用電路板；及藉由將在包括該光波導之該光纜一端的該光電轉換裝置配接至該電氣封裝體以將該光纜連結至該電氣封裝體，其中該光電轉換裝置係可操作來將一光學信號轉換成一電氣信號或將一電氣信號轉換成一光學信號，該 光電轉換裝置包括：該主動光學元件，配置在該光波導與該主動光學元件間之該光學介面，其允許該光波導與該主動光學元件間之光通訊，及該至少一個對齊結構，其係用以將該光纜之該光波導與該主動光學元件作光學對齊。
12. 一種用以轉換信號之方法，其係將光學信號轉換成電氣信號及處理該電氣信號，其包含下列步驟：產生一光學信號；在包括一光波導之一光纜內部將該光學信號轉換成電氣信號，該光纜在一端具有一光電轉換裝置，該光電轉換裝置係可操作來將光學信號轉換成電氣信號以及將電氣信號轉換成光學信號，其中該光電轉換裝置包括：一主動光學元件，配置在該光波導與該主動光學元件間之一光學介面，其允許該光波導與該主動光學元件間之光通訊，及至少一個對齊結構，其係用以將該光纜之該光波導與該主動光學元件作光學對齊；將該電氣信號從光纜傳送至一電氣封裝體；在該電氣封裝體產生一已處理信號；及將該已處理信號從該電氣封裝體傳送至附接至該 電氣封裝體之一通用電路板。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含將該光纜可拆卸地附接至該電氣封裝體之初步步驟。
14. 如申請專利範圍第12或13項之方法，其進一步包含將電氣信號轉換成光學信號以用於雙向通訊。