TWI824105B - 資料傳輸系統、經修改之收發器以及用於航空應用的小封裝可插拔收發器的修改方法 - Google Patents

資料傳輸系統、經修改之收發器以及用於航空應用的小封裝可插拔收發器的修改方法 Download PDF

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Abstract

一種用於藉由將小封裝可插拔光電雙向收發器(下文中稱為「SFP收發器」)(2)轉換為雙列直插式封裝來修改低成本SFP收發器之方法。此轉換使得該SFP收發器(2)能夠直接焊接於航空系統的線可替換單元的印刷電路板(30)上，由此消除該SFP收發器(2)可能由於在飛機操作期間之振動而分離的影響。該方法亦包括密封製程以保護該SFP收發器(2)上之接觸墊(24)，由此消除所述接觸墊(24)可能由於長期濕氣及濕度曝露而腐蝕的任何影響。該方法之產品為一種加固型SFP收發器(1)，其能夠經得起在飛機(102)上之惡劣航空環境下的嚴格操作。

Description

資料傳輸系統、經修改之收發器以及用於航空應用的小封裝可插拔收發器的修改方法
本文中所揭示之技術大體上係關於使得能夠在電組件之間進行通信的光纖網路。特定而言，本文中所揭示之技術係關於由光學航空資料匯流排互連之電航空系統。
使用光纖纜線代替電線以用於高速航空資料網路可導致重量、成本、電磁效應及電線積體之複雜性顯著降低。在現代飛機中，線可替換單元(line replaceable unit；LRU)(諸如航空電腦及感測器單元)典型地包括含有用以使得能夠與其他LRU進行光纖通信的收發器之外殼。LRU外殼上之光連接件使得外部光纖纜線能夠連接至LRU。
更具體而言，連接至光學航空資料匯流排之各LRU典型地包括光學媒體轉換器，其具有光電傳輸器及光電接收器(在下文中統稱為「光電雙向收發器」)以使得能夠與其他LRU進行光纖通信。光電傳輸器將電信號轉換為光信號；光電接收器將光信號轉換為電信號。LRU之外殼上之光連接件使得光纖纜線能夠連接至LRU。
在舊式航空光纖系統中，非可插拔小封裝光電雙向收發器(下文中稱為「SFF收發器」)係在舊式航空系統之LRU內部使用的。但光纖行業中之當前趨勢將逐漸停止對非可插拔SFF收發器之使用且利用小封裝可插拔光電雙向收發器(下文中稱為「SFP收發器」)替換所述非可插拔SFF收發器。如本文中所使用的，術語「可插拔」在用作形容詞以表徵第一組件之能力時意謂該組件可藉由將第一組件及第二組件中之一者的凸形部分(例如銷或插頭)插入至第一組件及第二組件之另一者的各別凹形部分(例如插座或插口)中而耦接至第二組件及稍後自該第二組件去耦。
許多現代光纖通信系統升級，在此產業中的新技術及新設計特徵不再使用SFF收發器來實現。可商購之SFP收發器具有內建以用於現代光纖通信系統之進階特徵，所述特徵包括數位診斷監測及內建測試。另外，由於SFP收發器係光纖行業中廣泛接受之封裝格式，故SFP收發器之成本因規模經濟而極低。當在航空平台中部署新的光纖系統時，收發器之開發的此產業趨勢產生了問題。舉例而言，需要將SFP收發器部署於此等新的航空光纖系統之許多LRU中。
一些舊式航空光纖系統使用具有10銷(2×5)雙列直插式封裝格式之SFF收發器，此雙列直插式封裝格式使得SFF封裝能夠在無需考慮由於振動引起之分離的情況下持久性地焊接於LRU印刷電路板(printed circuit board；PCB)上。但當前通用之SFP收發器封裝不具有焊料銷且經設計以在安裝於PCB上之20銷插口中為可插拔的。因此，收發器並未持久性地附接至PCB。雖然此SFP設計在非航空環境中使用係可接受的，但由於考慮SFP收發器在振動下之分離且亦由於考慮SFP收發器之接觸墊因曝露於濕度及濕度所致的腐蝕，故此設計在航空平台中使用係不可接受的。
對上述挑戰之一個可能回應為使用密閉式收發器封裝件以針對不同航空平台製造定製的SFP收發器。此動作過程將係昂貴的。另外，因為密閉 式封裝格式不係光纖產業中之SFP收發器的多源極協定之一部分，所以尋找能夠製作密閉式SFP封裝件之供應器可具有挑戰性。一種用於部分地加固SFP收發器之先前解決方案涉及在SFP收發器之PCB上簡單地沈積保形塗層，但並不包括將SFP收發器焊接至LRU之PCB。
下文稍為詳細地揭示之主題包括一種用於修改一低成本小封裝可插拔光電雙向收發器(下文中稱為「SFP收發器」)以使能一航空系統中的加固型安設之方法。如此處所使用，術語「加固」意謂加強一裝置以用於較佳地抵抗振動或濕度之影響。更具體而言，所揭示之主題係針對一種加固方法，該方法將該SFP收發器轉換為雙列直插式封裝。此轉換使得該SFP收發器能夠直接焊接於航空系統之線可替換單元的印刷電路板(PCB)上，由此消除該SFP收發器可能由於在飛機操作期間之振動而分離的影響。該方法亦包括密封製程以保護該SFP收發器上之接觸墊，由此消除所述接觸墊可能由於長期濕氣及濕度曝露而腐蝕的任何影響。本文中所提出之修改方法將可插拔收發器封裝轉換為雙列直插式收發器封裝。該方法之產品為SFP收發器的加固型安設，該SFP收發器能夠經得起在惡劣航空環境下的嚴格操作。
根據一些具體實例，藉由將銷頭焊接至SFP收發器之該PCB上的所述接觸墊且在該SFP收發器之該基底中形成孔以便使經附接之銷穿過來將該可插拔收發器封裝轉換為雙列直插式收發器封裝。在一種所提出之實施方式中，具有20個接觸墊之SFP收發器經轉換為20銷雙列直插式封裝，該轉換使得該SFP收發器能夠直接焊接於該航空系統之LRU的該PCB(例如介面PCB)上。本文中所提出之該方法亦包括用於密封該SFP收發器之所述接觸墊的製程。此外，一對對準銷經設置於該SFP封裝上以用於機械支撐，從而幫助經得起高振動航空環 境。另一增強為在該SFP封裝之頂部置放金屬蓋罩以保護該SFP收發器免受電磁干擾(electromagnetic interference；EMI)。
如本文中所使用，術語「雙列直插式」意謂沿著各別線排列的兩組間隔開之元件(例如金屬銷)。典型地，兩條線為直線且相互平行，儘管直度及平行度不係必要條件，但其限制條件為金屬銷與LRU PCB上之接觸墊恰當地對準。
本文中所提出之方法的益處為多樣的：(1)降低了進階航空光纖系統中所需要之加固SFP收發器的成本；(2)藉由密封該SFP收發器之PCB之所述金屬接觸墊來消除對所述SFP收發器使用昂貴的密閉式封裝；(3)增強了用於進階航空平台中之SFP收發器的可靠性；及(4)提供了用於航空系統中之所述SFP收發器的EMI保護。
儘管下文將稍為詳細地描述用於修改一SFP收發器以增加對不利環境影響(諸如振動及濕度)之抗性的方法的各種具體實例，但這些具體實例中之一或多者可由以下態樣中之一或多者表徵。
下文詳細地揭示之主題的一個態樣是一種用於修改小封裝可插拔(small form factor pluggable；SFP)收發器之方法。該方法包含：自該SFP收發器去除蓋罩；將該SFP收發器之印刷電路板(PCB)與該SFP收發器之金屬基底隔開；將多個金屬銷焊接至該PCB上的多個接觸墊，所述金屬銷由銷固持器以間隔開之關係固持；在該金屬基底之底部中形成饋通孔；將該PCB安放於該金屬基底上，同時亦將該銷固持器安放於該饋通孔中；將不同蓋罩置放於該PCB上方；且將該不同蓋罩附接至該金屬基底。
根據前一段中所描述之方法的一個具體實例，該不同罩蓋係由為該PCB提供免受電磁干擾之保護的一材料製成。根據此具體實例之該方法進一步包含：在焊接之後將非導電濕氣密封劑(non-conductive moisture sealant)沈積於 所述接觸墊上；及將第一金屬對準銷及第二金屬對準銷附接至該金屬基底的該底部。
下文詳細地揭示之主題的另一態樣為一種經修改之小封裝可插拔(SFP)收發器，其包含：金屬基底，其具有一底部，該底部具有饋通孔；印刷電路板，其由該金屬基底支撐且具有端部，該端部具有多個接觸墊；銷固持器，其包含由非導電材料製成之銷固持器及藉由該銷固持器以間隔開之關係固持的多個金屬銷；及蓋罩，其附接至該金屬基底，其中該銷固持器經安放於饋通孔中，且該多個金屬銷各自具有經焊接至多個接觸墊中之各別接觸墊的第一部分，及穿過該饋通孔的第二部分。該蓋罩由一種材料製成，該材料為該PCB提供免受電磁干擾之保護。
根據一個具體實例，前一段中所描述之該經修改之SFP收發器進一步包含非導電濕氣密封劑，其罩蓋該多個接觸墊及附接至該金屬基底的該底部之第一金屬對準銷及第二金屬對準銷。在一種所提出之實施方式中，該多個金屬銷包含第一列金屬銷及第二列金屬銷，且該多個接觸墊包含第一列接觸墊及第二列接觸墊，該第一列金屬銷經焊接至該第一列接觸墊，且該第二列金屬銷經焊接至該第二列接觸墊。
下文詳細地揭示之主題的一另一態樣為一種資料傳輸系統，其包含：光纖網路；經修改之小封裝可插拔(SFP)收發器，其光學地耦接至該光纖網路且包含多個接觸墊；及電子裝置，其包含具有多個印刷通孔之第一印刷電路板(PCB)，該多個印刷通孔分別電耦接至該經修改之SFP收發器的該多個接觸墊。該經修改之SFP收發器進一步包含：金屬基底，其具有底部，該底部具有饋通孔；第二印刷電路板(PCB)，其由該金屬基底支撐且具有端部，該端部具有該多個接觸墊；銷固持器，其包含由非導電材料製成之銷固持器及藉由該銷固持器以間隔開之關係固持的多個金屬銷；及蓋罩，其附接至該金屬基底。該銷固持 器經安放於該饋通孔中，且該多個金屬銷各自具有經焊接至該多個接觸墊中之各別接觸墊之第一部分、穿過該饋通孔之第二部分及經焊接至該多個印刷通孔中之各別印刷通孔的第三部分。
根據前一段中所描述之該資料傳輸系統的一個具體實例，該經修改之SFP收發器進一步包含非導電濕氣密封劑，該非導電濕氣密封劑罩蓋與該多個金屬銷焊接之該多個接觸墊。該經修改之SFP收發器亦包含附接至該金屬基底之該底部的第一金屬對準銷及第二金屬對準銷。該第一金屬對準銷及第二金屬對準銷經焊接至該電子裝置之該第一PCB。根據一種所提出之應用，該電子裝置為安設於飛機上之線可替換單元。
下文揭示用於修改一SFP收發器以增加對不利環境影響之抗性之方法的其他態樣。
1:加固型SFP收發器
2:SFP收發器
4:雷射
6:雷射驅動器及傳輸電路
8:光偵測器
10:偵測器放大器及接收電路
12a:傳輸電信號線
12b:傳輸電信號線
14a:接收電信號線
14b:接收電信號線
16:收發器電力供應線
18:光纖
18a:光纖
18b:光纖
20:光纖纜線
22a:接觸墊之列
22b:接觸墊之列
24:接觸墊
26:銷頭
28:端
30:LRU介面PCB
32:接觸墊
32a:接觸墊
32b:接觸墊
36:金屬基底
38:蓋罩
39:夾片
40:收發器PCB
42:雷射驅動器
44:LC插座
46:LC插座
48a:金屬對準銷
48b:金屬對準銷
50:轉換阻抗放大器
52:限制放大器
54:資料輸出端子
56:資料輸入端子
58a:(90度金屬銷的)列
58b:(90度金屬銷的)列
60a:金屬銷
60b:金屬銷
62:塑料銷固持器
64:密封劑
66:饋通孔
68:基底36的底部
70:傳輸光學子裝配件
72:TO容器
74:傳輸器外殼
76:圓柱形纜線信道
78:圓柱形纜線信道
80:蓋罩
82a至82d:PCB支撐柱
86:夾套
90:主體
92:第一端部區段
94:第二端部區段
96:第一圓柱形通道
98:第二圓柱形通道
100:網路環境
102:飛機
104:右翼
106:左翼
108:機身
110:引擎
112:引擎
114:機頭區段
116:尾部區段
118:右水平穩定器
120:左水平穩定器
122:垂直穩定器
124:資料通信及處理系統
126:光纖網路
127:裝置
128:飛行甲板顯示器
130:飛行控制電腦
132:線可替換單元
134:線可替換單元
136:線可替換單元
138:線可替換單元
140:線可替換單元
142:線可替換單元
144:線可替換單元
146:線可替換單元
148:線可替換單元
Rx+:差分接收信號
Rx-:差分接收信號
Tx+:差分傳輸信號
Tx-:差分傳輸信號
Vcc:電壓
λ1:波長
前述章節中所論述之特徵、功能及優點可在各種具體實例中獨立地達成或可在又其他具體實例中加以組合。出於說明上述態樣及其他態樣之目的，將在下文中參考附圖描述各種具體實例。在此章節中簡要描述之圖式皆未按比例繪製。
[圖1]為表示飛機上的資料處理系統之三維剖視圖，該資料處理系統包括光學資料通信網路。
[圖2]為識別雙光纖雙向SFP收發器設計之一些特徵的方塊圖，在該收發器設計中，收發器傳輸及接收具有相同波長之光。
[圖3]為識別在一些舊式航空系統中所使用之典型雙光纖雙向SFP收發器之一些組件的方塊圖。
[圖4]為表示端/插座裝配件之截面圖的圖式。
[圖5]為表示光纖纜線之一部分的側視圖之圖式，該光纖纜線可經插入至圖4中所描繪之端中以用於將光纖光學地耦接至光電裝置的目的。
[圖6]為表示SFP收發器之三維視圖的圖式，該SFP收發器尚未根據本文中所揭示之方法進行修改。
[圖7至13]為表示根據一個具體實例的SFP收發器或其組件在修改製程之各別階段的各別三維視圖之圖式。
[圖14]為表示根據一個具體實例之加固型SFP收發器之三維視圖的圖式。
[圖15]為表示根據一個具體實例的經焊接至LRU PCB之加固型SFP收發器的側視圖之圖式。
在下文中將參考附圖，其中不同附圖中之類似元件具有相同元件符號。
下文稍為詳細地描述了用於修改SFP收發器以增加對不利環境影響的抗性之方法之說明性具體實例。然而，並非實際實施方式之全部特徵皆在本說明書中進行了描述。熟習此項技術者應瞭解，在任何此實際具體實例之開發中，必須作出大量實施方式特定的決策以達成開發者之特定目標，諸如遵照系統相關及商業相關的約束，此在各個實施方式之間將不同。此外，應瞭解，此研發工作可能為複雜且耗時的，但儘管如此亦將為受益於本發明之一般熟習此項技術者的常用程式。
出於說明之目的，將在下文詳細描述用於使得能夠在飛機上之線可替換單元之間進行光學通訊之光纖網路的各種具體實例。然而，本文中所揭示的光纖網路之實施方式不僅限於飛機環境，而是可用於其他類型之載具上的光纖網路或其他類型之光纖網路(例如長距離陸地應用、資料中心應用及光纖至家 庭/辦公室應用)中。
光纖網路相較於銅線網路具有更高速度、更低重量及電磁干擾抗擾性之優點。商用飛機之許多模型具有光纖網路以實現大小、重量及功率降低。慣例為將若干線可替換單元(line replaceable unit；LRU)彼此連接，以在航空系統內實現通信。舉例而言，載具(例如飛機)之前部區段中的若干LRU已經由航空資料匯流排連接至該載具之後部區段中的若干LRU。
圖1說明網路環境100，其包含飛機102。飛機102為平台之實例，本文中所揭示之連接件可在該平台中使用。在圖1中所描繪之實例中，飛機102具有右翼104及附接至機身108之左翼106。飛機102亦包括附接至右翼104之引擎110及附接至左翼106之引擎112。飛機102亦具有機頭區段114及尾部區段116。尾部區段116包括右水平穩定器118、左水平穩定器120及垂直穩定器122。
圖1中所描繪之飛機102進一步包括機載資料通信及處理系統124，其包含光纖網路126及複數個裝置127，諸如飛行甲板顯示器128、飛行控制電腦130及其他組件，所述裝置經連接(且光學地耦接)至光纖網路126。其他類型之裝置127可呈LRU 132、134、136、138、140、142、144、146及148之形式。此等LRU可呈各種形式。舉例而言，LRU可為電腦、感測器、飛行娛樂系統及其他適合類型之裝置。裝置127在內部使用電信號，因此，通過光纖網路126傳輸之光信號典型地經由使用光電媒體轉換器(圖1中未示)經轉換為電信號。此等光電媒體轉換器(下文中稱為「光電雙向收發器」)可在LRU之內部或外部。
在將一或多個光電收發器併入LRU外殼(下文中稱為「光電LRU」)內部之LRU的情況下，可藉助於為LRU提供支撐及自動索引之機械裝配件將光電LRU安裝至飛機上之機架。各光電LRU含有內部光電雙向收發器，其藉助於經機械地耦接至LRU外殼之適配連接件光學地耦接至光纖網路126之光學航空資料匯流排。適配連接件為飛機系統提供光學連接且為LRU提供結構支撐。
一種類型之高速(高於1Gbit/sec)單一波長收發器具有用於傳輸(Tx)輸出光信號之一個光纖及用於接收(Rx)輸入光信號之另一光纖。傳輸器具有連接至雷射驅動器及傳輸器(Tx)積體電路之高速雷射二極體。接收器具有連接至放大器及接收器(Rx)積體電路之高頻寬偵測器。
圖2為識別已根據產業多源極協定(multi-sourceagreement；MSA)標準封裝且更具體地經配置以符合SFP規格之SFP收發器2之一個實例的一些特徵。在此實例中，SFP收發器2為傳輸及接收具有相同波長λ 1 之光的單一波長雙光纖收發器。[如本文中所使用，在相干雷射光之背景下，術語「波長」意謂具有窄光譜寬度的雷射光之中心波長。]圖2中部分地描繪之SFP收發器2可根據下文詳細地揭示之方法進行加固。
如圖2中所見，SFP收發器2包括雷射裝置4及光偵測器8。雷射裝置4可經由單模分佈回饋(distributed feedback；DFB)雷射、多模法布里-珀羅(Fabry-Pérot；FP)雷射或垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface-emitting laser；VCSEL)予以實施以實現高光學輸出功率及低模態雜訊。光偵測器8可經由高回應度p型本質n型(p-type intrinsic n-type；PIN)光電二極體或突崩光電二極體予以實施以提供高接收器敏感度。SFP收發器2進一步包括作為安裝於雙面PCB上的表面之雷射驅動器及傳輸電路6，及偵測器放大器及接收電路10(圖2中未示，而是參看圖3中之PCB 40)。
回應於分別經由傳輸電信號線12a及12b從相關聯LRU(圖2中未示)之介面PCB 30接收到差分傳輸信號Tx+及Tx-，雷射裝置4藉由雷射驅動器及傳輸電路6驅動以發射具有波長λ1之光。傳輸電信號線12a及12b之端子經焊接至形成於LRU介面PCB 30上之各別接觸墊32a。雷射驅動器及傳輸電路6包括電路系統，該電路系統將彼等差分信號轉換為表示待由雷射4傳輸之資料的數位信號。
相反地，光偵測器8接收具有波長λ1之光且將彼偵測到之光轉換為電數位信號，所述電數位信號經提供至偵測器放大器及接收電路10。偵測器放大器及接收電路10又包括電路系統，該電路系統將彼等電數位信號轉換為表示接收到之資料的電差分接收信號Rx+及Rx-。電差分接收信號Rx+及Rx-分別經由接收電信號線14a及14b傳輸至LRU介面PCB 30。接收電信號線14a及14b之端子經焊接至形成於LRU介面PCB 30上之各別接觸墊32b。
雷射裝置4光學地耦接至光纖18a，而光偵測器8光學地耦接至光纖18b。光纖18a及18b兩者典型地具有由相同材料製成之纖芯，該材料具有經選擇以最小化沿光纖長度傳輸的任何具有波長λ1之光的光損耗的折射率。圖2中部分地描繪之SFP收發器2經由收發器電力供應線16接收具有電壓Vcc的電力。
圖3為識別SFP收發器2的一些組件之方塊圖，該SFP收發器2包括經安裝至PCB 40之雙向光學子裝配件。光學子裝配件包括雷射裝置4及光偵測器8。雷射裝置4可經由單模分佈回饋雷射、多模法布里-珀羅雷射或垂直共振腔面射型雷射予以實施以實現高光學輸出功率及低模態雜訊。光偵測器8可經由高回應度p型本質n型(p-type intrinsic n-type；PIN)光電二極體或突崩光電二極體予以實施以提供高的接收器敏感度。
如圖3中所描繪，回應於經由傳輸電信號線(圖3中未示)在資料輸入端子56處從相關聯的線可替換單元(圖中未示)接收到差分傳輸信號，雷射裝置4藉由雷射驅動器42(經表面安裝至PCB 40)驅動以發射光。雷射驅動器42包括電路系統，該電路系統將彼等電差分信號轉換為表示待由雷射裝置4傳輸之資料的電數位信號。相反地，光偵測器8接收光且將彼偵測到之光轉換為電信號，所述電信號經提供至偵測器放大器及接收電路，該偵測器放大器及接收電路包括放大偵測信號之轉換阻抗放大器50及執行輸出信號之數位化的限制放大器52。限制放大器52將電信號轉換為表示接收到之資料的數位電差分接收信號。電 差分接收信號經由資料輸出端子54及圖3中未示之接收電信號線傳輸至LRU介面PCB 30。
圖3中所描繪之SFP收發器2進一步包括經設定大小且經組態以接收各自光纖之末端的一對LC插座44及46(圖3中未示，而是參看圖5中之光纖18)。LC插座44經定位成使得插入於其中之光纖之末端面對雷射裝置4且與雷射裝置4對準。換言之，LC插座44內部之光纖光學地耦接以接收來自雷射裝置4之雷射脈衝。類似地，LC插座46經定位成使得插入於其中之光纖之末端面對光偵測器8且與光偵測器8對準。換言之，LC插座44內部之光纖光學地耦接以發射將照射於光偵測器8之表面上的雷射脈衝，該光偵測器8將光子轉換為電子。
除了雷射裝置4及光偵測器之外，光學子裝配件亦包括兩個外殼(下文中稱為「OSA外殼」)。各OSA外殼由兩個一體成形之插座組成，所述插座包括接收端接光纖之LC插座及含有待光學地耦接至端接光纖之光學組件的第二插座。
如圖4中所描繪之實例中所見，傳輸OSA外殼70包括：LC插座46，其具有大小經設定為收納端28之第一端部區段92的第一圓柱形通道96；及傳輸器插座74，其具有第二圓柱形通道98(其具有大於第一圓柱形過道96之直徑的直徑)。傳輸器插座74的大小經設定為收納電晶體輪廓(transistor outline；TO)容器72，該電晶體輪廓容器72容納雷射裝置4。LC插座46與傳輸器插座74可經一體成形或彼此剛性地固接。類似地，偵測器OSA外殼(圖4中未示)包括與偵測器插座一體成形之LC插座44，該偵測器插座收納容納光偵測器8之TO容器。
仍參考圖4，端28進一步包含主體90及第二端部區段94。端28之第二端部區段94具有圓柱形纜線通道76，該圓柱形纜線通道76收納圖5中所描繪之光纖纜線20的有套部分。端28之主體90及第一端部區段92具有共同之圓柱形光纖通道78，該圓柱形光纖通道78收納光纖纜線20之光纖18的無套部分。因此， 若圖5中所示之光纖纜線20之部分經插入至圖4中之橫截面中所示的端28中，則光纖18之端面將與形成於TO容器72中之窗口(圖4中未示)中所安設之透鏡對準且面對該透鏡。此實體配置將雷射裝置4(參看圖3)光學地耦接至光纖18(參看圖5)。OSA外殼70由金屬材料(例如不鏽鋼)製成。端28可由半剛性之熱塑性材料或金屬材料(例如不鏽鋼)製成。一種可商購之光纖纜線20包括光纖18(其包含聚合物纖芯及經氟化之聚合物包層)及由聚伸乙基製成的夾套86。光偵測器8與相關聯之光纖之間的光學耦合係由OSA外殼及與圖4中所描繪之子裝配件類似的端來實現的。
圖6為表示尚未經加固之SFP收發器2之三維視圖的圖式。SFP收發器2包括金屬基底36、PCB 40、經安裝至PCB 40之表面的各種光學及電組件(諸如在圖3所識別之組件)以及蓋罩38。SFP收發器2在PCB 40上具有電接觸墊24之兩個列22及22b以用於製作電觸點。列22a及22b中之每一者包括十個接觸墊24。接觸墊24之兩個列22a及22b位於PCB 40之後端處。接觸墊24之列22a經安置於PCB 40之頂部表面上；接觸墊24之列22b經安置於PCB 40的底部表面上。當將SFP收發器2插入至安裝於某一其他裝置(諸如媒體轉換器)之PCB上的插口中時，形成電觸點，由此將另一裝置通信地耦接至SFP收發器2。此可插拔特徵有利於在不考慮高振動及高濕度之情況下的非航空系統應用。
根據本文中所揭示之加固製程，將具有20個接觸墊的非加固型SFP封裝轉換為在封裝之底部上具有一對對準銷的20銷雙列直插式收發器封裝。此等所添加特徵使得SFP收發器2能夠持久性地焊接至航空PCB上。用於密封SFP收發器之接觸墊、將EMI保護蓋罩安裝於SFP封裝之頂部及在SFP封裝之底部安設一對對準金屬銷的附加步驟經實施以用於加固SFP收發器與LRU之PCB的附接。此等製程使得低成本之SFP收發器能夠用於惡劣的航空環境中。
圖7至13為表示根據一個具體實例之SFP收發器或其組件在加固 製程之各別階段的各別三維視圖之圖式。
(1)圖6展示在拆開之前的標準商用現成(commercial-off-the-shelf；COTS)SFP收發器2。
(2)為了拆開非加固型SFP收發器2，收發器之蓋罩38之側面上的兩個夾片39(在圖6中僅可見其中一者)經鬆開且蓋罩38經去除(亦即，與金屬基底36分離)。
(3)在去除蓋罩38之後，SFP收發器2之PCB 40與金屬基底36分離。在PCB 40之後端處的為如先前所描述之電接觸墊24的兩個列22a及22b。PCB 40之厚度典型地為大約0.04英吋(40密耳)。各接觸墊24之大小為約0.6mm乘以3.8mm。
(4)圖7為展示在PCB 40之接觸墊24附近置放之銷頭26的三維視圖之圖式。銷頭26包括十個90度金屬銷60a(下文中稱為「金屬銷60a」)的第一列58a及十個90度金屬銷60b(下文中稱為「金屬銷60b」)之第二列58b。銷頭26進一步包括由非傳導性材料(例如塑料)製成之銷固持器62。銷頭62具有兩個列的孔，每一列中具有十個孔，所述孔以兩列組態之方式收納及固持金屬銷60a及60b之垂直安置部分。列58a之金屬銷60a之垂直安置部分的長度比列58b的金屬銷60b的長度大了約等於PCB 40的厚度的量。因而，金屬銷60a之水平安置部分與金屬銷60b之水平安置部分間隔開約等於PCB 40之厚度(其在此實例中為40密耳)的間隙。金屬銷60a及60b之直徑及側向間距與PCB 40上之接觸墊24的寬度及側向間距相匹配。金屬銷60a及60b之近端(將經附接至接觸墊24的銷端)通常安置於垂直面中，而金屬銷60a及60b的遠側末端(在銷固持器62下方的銷端)通常安置於水平面中(在圖7中假設金屬基底36被水平地安置)。
(5)將銷頭26自圖7中所描繪之位置移動至位置(圖8A及8B中所示)，其中列58a之金屬銷60a分別接觸(對接)列22a之接觸墊24，且列58a之 金屬銷60b分別接觸(對接)列22b的接觸墊24。此係藉由將金屬銷60a及60b之水平安置部分滑動至PCB 40的後端上來實現的。接著，列58a之金屬銷60a經分別焊接至列22a之接觸墊24，且列58b的金屬銷60b經分別焊接至列22b之接觸墊24。圖8A及8B為展示在金屬銷60a及60b已經焊接至PCB 40之接觸墊24之後的銷頭26之各別三維視圖之圖式。根據一種所提出之實施方式，金屬銷是使用航空級焊料合金(圖8A及8B中未示)(諸如金錫(AuSn)合金或錫銀(AgSn)合金)來焊接的，所述合金對於溫度循環及振動具有極佳耐久性。
(6)在將銷頭26焊接至PCB 40之後，收發器修改製程中之下一步驟為在接觸墊24之頂部表面及底部表面上沈積非導電濕氣密封劑64的層及對接金屬銷60a及60b的部分。圖9為展示在沈積非導電濕氣密封劑64之後的銷頭/PCB裝配件之三維視圖之圖式。非導電濕氣密封劑64保護金屬接觸墊24及焊料免受航空環境中之腐蝕。此密封劑可為環氧團塊頂部材料，其可使用於標準PCB板面晶片電子封裝製程(諸如由Chan等人在「High performance,low-cost chip-onboard(COB)FDDI transmitter and receiver for avionics applications,」IEEE 1998 Proceedings,48th Electronic Components and Technology Conference，美國，華盛頓州，西雅圖，1998年5月25日至28日，第410頁中所揭示之製程)中。
(7)除了SFP收發器2之PCB 40的上述修改之外，SFP收發器2之金屬基底36亦藉由形成用於通過金屬銷60a及60b之垂直安置部分的開口來進行修改。圖10為展示在形成金屬基底36之底部68中之饋通孔66之後的金屬基底36之三維視圖之圖式。饋通孔66之大小及形狀經設計以與銷固持器62的大小及形狀相匹配。當經修改之PCB 40及經修改之金屬基底36經重新裝配時，將銷固持器62安放於饋通孔66中。當PCB 40及金屬基底36經裝配時，金屬基底36具有被設計以支撐PCB 40之四個支撐柱82a至82d。PCB支撐柱82a至82d具有經特定設計之凹槽，其中PCB 40將被安放以實現PCB之「插入及去除」操作。
(8)在形成饋通孔66之後或之前，兩個金屬對準銷48a及48b藉由按壓適配(或其他機械製程)插入於形成在金屬基底36之底部68中的各別孔中。圖11為展示在形成饋通孔66之後及在附接金屬對準銷48a及48b之後的金屬基底36之三維視圖的圖式。兩個金屬對準銷48a及48b協助在焊接製程期間將金屬銷60a及60b之遠側末端對準至LRU PCB(圖11中未示，而是參看圖15中之LRU介面PCB 30)之印刷通孔(printed through hole；PTH)上。舉例而言，兩個金屬對準銷48a及48b之遠端可插入於LRU PCB中所形成之各別印刷通孔中。兩個金屬對準銷48a及48b亦經焊接於LRU PCB上之兩個印刷通孔上，以防止經修改之SFP收發器在高振動及衝擊環境下自LRU PCB分離。
(9)在對PCB 40及金屬基底36的上述修改之後，以熟知方式將PCB 40重新附接至金屬基底36。首先，經由饋通孔66饋送銷頭26，直至塑料銷固持器62經按壓適配於開口中為止。在此移動期間，PCB 40經安放於PCB支撐柱82a至82d中。空間級非導電環氧樹脂(圖式中未示)用以將PCB 40安全地安裝至金屬基底36上之支撐柱82a至82d上。圖12為展示在以金屬對準銷48a及48b(數目為兩個)以及金屬銷60a及60b(數目為20個)進行重裝配之後的金屬基底36及PCB 40之三維視圖的圖式，所述金屬銷60a及60b在金屬基底36之底部68的平面下方向下突起。
(10)在已經重新裝配了金屬基底36及PCB 40之後，金屬蓋罩80經置放於PCB 40上方且附接至金屬基底36，如圖13中所示。藉助於保持夾片及金屬基底36之側面上之非導電空間級環氧樹脂來將金屬蓋罩80固持於封裝的頂部(圖13中未示)。上述修改製程之結果為具有雙列直插式金屬銷之加固型SFP收發器1，所述雙列直插式金屬銷使得加固型SFP收發器1能夠持久性地焊接在航空系統中的LRU之PCB上。金屬蓋罩80提供SFP收發器之PCB 40的EMI屏蔽。
圖14為展示根據一個具體實例之在修改製程完成之後的加固型 SFP收發器1之三維視圖之圖式。準備好將經重新裝配之加固型SFP收發器1持久性地焊接在航空LRU之PCB上，其中濕氣密封保護(非導電濕氣密封劑64)、金屬對準銷48a及48b用於振動保護，且金屬蓋罩80用於EMI保護。
圖15為表示根據一個具體實例的經焊接至LRU介面PCB 30之加固型SFP收發器1的側視圖之圖式。兩個金屬對準銷48a及48b的遠端與二十個金屬銷60a及60b經焊接至金屬LRU介面PCB 30(圖15中未展示焊料)。此兩個金屬對準銷48a及40b為LRU介面PCB 30上之印刷通孔提供用於電金屬銷60a及60b的SFP封裝對準且亦為LRU介面PCB 30提供SFP封裝之高保持性。因此，SFP封裝之總體機械設計對高振動及高濕度具有更佳耐久性。
概言之，本文中所提出之SFP收發器修改製程將SFP收發器自可插拔封裝轉換為雙列直插式封裝，該雙列直插式封裝可經可靠地焊接至航空LRU之PCB上，其中電觸點上之濕氣保護密封件、EMI保護頂部蓋罩及兩個對準銷為高振動及極限溫度循環提供機械保護。轉換製程成本極低且符合航空系統之嚴格效能及環境需求。
雖然用於修改SFP收發器以增加對不利環境影響之抗性之方法已參考各種具體實例進行了描述，但熟習此項技術者應理解，在不背離本文中之教示的情況下可進行各種改變且可用等效物取代其元件。此外，可進行許多修改以使概念及減少適應於本文中所揭示之實踐，以用於特定情形。因此，申請專利範圍所涵蓋之主題意欲不限於所揭示之具體實例。
另外，本發明包含根據以下條項之實例：
條項1：一種用於修改小封裝可插拔(SFP)收發器之方法，該方法包含：自該SFP收發器去除蓋罩；將該SFP收發器之印刷電路板(PCB)與該SFP收發器之金屬基底隔開；將多個金屬銷焊接至該PCB上的多個接觸墊，所述金屬銷由銷固持器以間隔開之關係固持；在該金屬基底之底部中形成饋通孔；將 該PCB安放於該金屬基底上，同時亦將該銷固持器安放於該饋通孔中；將一不同蓋罩置放於該PCB上方；且將該不同蓋罩附接至該金屬基底。
條項2：如條項1之方法，其中該不同蓋罩由一種材料所製成，所述材料為該PCB提供免受電磁干擾之保護。
條項3：如條項1或2之方法，其進一步包含在焊接之後將非導電濕氣密封劑沈積於所述接觸墊上。
條項4：如條項1至3中任一項之方法，其中該多個金屬銷包含第一列金屬銷及第二列金屬銷，且該多個接觸墊包含第一列接觸墊及第二列接觸墊，該第一列金屬銷經焊接至該第一列接觸墊，且該第二列金屬銷經焊接至該第二列接觸墊。
條項5：如條項4之方法，其中該第一列接觸墊經安置於該PCB之頂部表面上，且該第二列接觸墊經安置於該PCB的底部表面上。
條項6：如條項4或5之方法，其中該多個金屬銷之遠側末端為共面的。
條項7：如條項6之方法，其進一步包含將該多個金屬銷之所述遠側末端焊接至飛機上之線可替換單元的PCB。
條項8：如條項1至7中任一項之方法，其進一步包含將第一金屬對準銷及第二金屬對準銷附接至該金屬基底的該底部。
條項9：如條項8之方法，其進一步包含將該多個金屬銷之遠側末端及該第一金屬對準銷及第二金屬對準銷的遠端焊接至飛機上之線可替換單元的PCB。
條項10：一種經修改之小封裝可插拔(SFP)收發器，其包含：金屬基底，其具有底部，該底部具有饋通孔；印刷電路板(PCB)，其由該金屬基底支撐且具有端部，該端部具有多個接觸墊；銷頭，其包含由非導電材料製成 之銷固持器及藉由該銷固持器以間隔開之關係固持的多個金屬銷；及蓋罩，其附接至該金屬基底，其中該銷固持器經安放於該饋通孔中，且該多個金屬銷各自具有經焊接至該多個接觸墊中之各別接觸墊的第一部分，及穿過該饋通孔的第二部分。
條項11：如條項10之經修改之SFP收發器，其中該蓋罩由一種材料所製成，該材料為該PCB提供免受電磁干擾之保護。
條項12：如條項10或11之經修改之SFP收發器，其進一步包含罩蓋該多個接觸墊之非導電濕氣密封劑。
條項13：如條項10至12中任一項之經修改的SFP收發器，其中該多個金屬銷包含第一列金屬銷及第二列金屬銷，且該多個接觸墊包含第一列接觸墊及第二列接觸墊，該第一列金屬銷經焊接至該第一列接觸墊，且該第二列金屬銷經焊接至該第二列接觸墊。
條項14：如條項13之經修改之SFP收發器，其中該第一列接觸墊經安置於該PCB之頂部表面上且該第二列接觸墊經安置於該PCB的底部表面上。
條項15：如條項13或14之經修改之SFP收發器，其中該多個金屬銷之遠側末端為共面的。
條項16：如條項10至15中任一項之經修改的SFP收發器，其進一步包含附接至該金屬基底之該底部的第一金屬對準銷及第二金屬對準銷。
條項17：種資料傳輸系統，其包含：光纖網路；如條項10至16中任一項之經修改的SFP收發器，其光學地耦接至該光纖網路且包含多個接觸墊，其中該經修改之SFP收發器之該PCB為第二印刷電路板(PCB)，其由該金屬基底支撐且具有端部，該端部具有該多個接觸墊；及電子裝置，其包含具有多個印刷通孔的第一印刷電路板(PCB)，該多個印刷通孔分別電耦接至該經修改之SFP收發器的該多個接觸墊。
條項18：種資料傳輸系統，其包含：光纖網路；經修改之小封裝可插拔(SFP)收發器，其光學地耦接至該光纖網路且包含多個接觸墊；及電子裝置，其包含具有多個印刷通孔之第一印刷電路板(PCB)，該多個印刷通孔分別電耦接至該經修改之SFP收發器的該多個接觸墊，其中該經修改之SFP收發器進一步包含：金屬基底，其具有底部，該底部具有饋通孔；第二印刷電路板(PCB)，其由該金屬基底支撐且具有端部，該端部具有該多個接觸墊；銷頭，其包含由非導電材料製成之銷固持器及藉由該銷固持器以間隔開之關係固持的多個金屬銷；及蓋罩，其附接至該金屬基底，其中該銷固持器被安放於該饋通孔中，且該多個金屬銷各自具有被焊接至該多個接觸墊中的各別接觸墊之第一部分，穿過該饋通孔的第二部分及被焊接至該多個印刷通孔中之各別印刷通孔之第三部分。
條項19：如條項17或18之資料傳輸系統，其中該經修改之SFP收發器進一步包含非導電濕氣密封劑，該非導電濕氣密封劑罩蓋與該多個金屬銷焊接之該多個接觸墊。
條項20：如條項17至19中任一項之資料傳輸系統，其中該經修改之SFP收發器進一步包含附接至該金屬基底之該底部的第一金屬對準銷及第二金屬對準銷，其中該第一金屬對準銷及第二金屬對準銷被焊接至該電子裝置的該第一PCB。
條項21：如條項17至20中任一項之資料傳輸系統，其中該電子裝置為安設於飛機上的線可替換單元。
除非請求項語言明確地指定或陳述指示執行彼等步驟中之一些或全部的特定次序之條件，否則不應將下文中所闡述之方法請求項視為要求其中所敍述之步驟按字母次序來執行(所述請求項中之任何字母定序僅出於參考先前所敍述的步驟之目的而使用)或按其所敍述之次序來執行。亦不應將方法請 求項解釋為排除同時地或交替地執行兩個或更多個步驟之任何部分，除非請求項語言明確地陳述排除此解釋之條件。
26:銷頭
36:金屬基底
40:印刷電路板
48a:金屬對準銷
60a:金屬銷
60b:金屬銷
64:非導電濕氣密封劑
68:基底36之底部
72:電晶體輪廓容器

Claims (13)

  1. 一種用於修改小封裝可插拔(SFP)收發器(2)之方法，該方法包含：自該SFP收發器(2)去除蓋罩(38)；將該SFP收發器(2)之印刷電路板(PCB)(40)與該SFP收發器(2)之一金屬基底(36)隔開；將多個金屬銷(60a、60b)焊接至該PCB(40)上之多個接觸墊(24)，所述金屬銷(60a、60b)由銷固持器(62)以間隔開之關係固持；在該金屬基底(36)之底部(68)中形成饋通孔(66)；將該PCB(40)安放於該金屬基底(36)上，同時亦將該銷固持器(62)安放於該饋通孔(66)中；將不同蓋罩(80)置放於該PCB(40)上方，其中該不同蓋罩(80)由一種材料所製成，所述材料為該PCB(40)提供免受電磁干擾之保護；及將該不同蓋罩(80)附接至該金屬基底(36)。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含在焊接之後將非導電濕氣密封劑(64)沈積於所述接觸墊(24)上。
  3. 如請求項1之方法，其中該多個金屬銷(60a、60b)包含第一列及第二列(58a、58b)金屬銷，且該多個接觸墊(24)包含第一列及第二列(22a、22b)接觸墊，該第一列(58a)金屬銷被焊接至該第一列(22a)接觸墊，且該第二列(58b)金屬銷被焊接至該第二列(22b)接觸墊，其中該第一列(22a)接觸墊經安置於該PCB(40)的頂部表面上且該第二列(22b)接觸墊被安置於該PCB(40)之底部表面上。
  4. 如請求項3之方法，其進一步包含將該多個金屬銷(60a、60b)之遠側末端焊接至飛機(102)上的線可替換單元的PCB(30)。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包含將第一金屬對準銷及第二金屬對準銷(48a、48b)附接至該金屬基底(36)之該底部(68)。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包含將該多個金屬銷(60a、60b)之遠側末端及該第一金屬對準銷及第二金屬對準銷(48a、48b)之遠端焊接至飛機(102)上的線可替換單元的PCB(30)。
  7. 一種經修改之小封裝可插拔(SFP)收發器(2)，其包含：金屬基底(36)，其具有底部(68)，該底部(68)具有饋通孔(66)；印刷電路板(PCB)(40)，其由該金屬基底(36)支撐且具有端部，該端部具有多個接觸墊(24)；銷頭(26)，其包含由非導電材料製成的銷固持器(62)及藉由該銷固持器(62)以間隔開之關係固持的多個金屬銷(60a、60b)；及蓋罩(80)，其附接至該金屬基底(36)，其中該銷固持器(62)被安放於該饋通孔(66)中，且該多個金屬銷(60a、60b)各自具有使用航空級焊料合金而被焊接至該多個接觸墊(24)中之各別接觸墊的第一部分，及穿過該饋通孔(66)之第二部分。
  8. 如請求項7之經修改之SFP收發器(2)，其中該蓋罩(80)由一種材料所製成，所述材料為該PCB(40)提供免受電磁干擾之保護。
  9. 如請求項7之經修改之SFP收發器(2)，其進一步包含罩蓋該多個接觸墊(24)的非導電濕氣密封劑(64)。
  10. 如請求項7之經修改之SFP收發器(2)，其中該多個金屬銷(60a、60b)包含第一列及第二列(58a、58b)金屬銷，且該多個接觸墊(24)包含第一列及第二列(22a、22b)接觸墊，該第一列(58s)金屬銷被焊接至該第一列(22a)接觸墊，且該第二列(58b)金屬銷被焊接至該第二列(22b)接觸墊。
  11. 一種資料傳輸系統(124)，其包含： 光纖網路(126)；如請求項7至10中任一項之經修改之SFP收發器(2)，其光學地耦接至該光纖網路(126)；及電子裝置(132)，其包含具有多個印刷通孔之第一印刷電路板(PCB)(30)，該多個印刷通孔分別電耦接至該經修改之SFP收發器(2)的該多個接觸墊(24)，其中該經修改之SFP收發器(2)之該PCB(40)為第二印刷電路板(PCB)，其由該金屬基底(36)支撐且具有端部，該端部具有該多個接觸墊(24)。
  12. 如請求項11之資料傳輸系統(124)，其中該經修改之SFP收發器(2)進一步包含非導電濕氣密封劑(64)，該非導電濕氣密封劑(64)罩蓋與該多個金屬銷(60a、60b)焊接之該多個接觸墊(24)。
  13. 如請求項11之資料傳輸系統(124)，其中該經修改之SFP收發器(2)進一步包含附接至該金屬基底(36)之該底部(68)的第一金屬對準銷及第二金屬對準銷(48a、48b)，其中該第一金屬對準銷及第二金屬對準銷(48a、48b)被焊接至該電子裝置(132)的該第一PCB(30)。
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