TWM618403U - 光學收發模組及光纖纜線模組 - Google Patents

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TWM618403U TW110201737U TW110201737U TWM618403U TW M618403 U TWM618403 U TW M618403U TW 110201737 U TW110201737 U TW 110201737U TW 110201737 U TW110201737 U TW 110201737U TW M618403 U TWM618403 U TW M618403U
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張駿揚
李文賢
呂政鴻
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佑勝光電股份有限公司
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Abstract

本創作提供一種光學收發模組及光纖纜線模組。光學收發模組包括基板、光接收元件及多個光發射元件。光接收固定件設置於該基板上，以固定該光接收組件，其中該光接收固定件包括至少一支撐單元，以支撐該光接收固定件於該基板上，並形成間隔於該光接收固定件與該基板之間。

Description

光學收發模組及光纖纜線模組
本申請涉及光纖通信技術領域，特別涉及一種光學收發模組及其應用的光纖纜線模組。
在光纖通信技術的應用中，需要將電信號經過光發射組件(如雷射器)轉換為光信號，然後將光信號耦合進傳導光信號的光纖中。
目前，對於計算裝置的需求持續上升，甚至對於計算裝置達到較高性能的需求亦在提升中。然而，傳統的電性I/O(輸入/輸出)信號傳遞並無不預期會與對於性能增加的需求，特別是對於未來高性能計算的期待齊步並進。現今，I/O信號是透過電路板自處理器來回地電性傳送並向外輸送至周邊裝置。電性信號必需經過焊料接頭、纜線及其他電性導體。因此，電性I/O信號速率會受電性連接器的電性特性所限制。
傳統的電信傳輸系統逐漸被光纖傳輸系統所取代。光纖傳輸系統由於並不具有頻寬限制，具有高速傳輸、傳輸距離長、材質不受電磁波干擾等優點，因此，目前電子產業多朝光纖傳輸的方向進行研發。
然而，近幾年，要求光收發器等光學模組的進一步的小型化，因此需要對光纖傳輸系統的結構進行優化。
本創作所欲解決的問題：
光收發器等光學模組的進一步的小型化，因此需要對光纖傳輸系統的結構進行優化。
為實現上述目的及其他目的，本創作公開了一種光學收發模組，包括：基板；光發射元件，連接於該基板；光接收元件，連接於該基板；以及光接收固定件，設置於該基板上，以固定該光接收組件，其中該光接收固定件包括至少一支撐單元，以支撐該光接收固定件於該基板上，並形成間隔於該光接收固定件與該基板之間。
如上所述之光學收發模組，其特徵在於：該間隔是介於10微米~5釐米。
如上所述之光學收發模組，其特徵在於：該光接收固定件還包括定位凹槽，以定位該光接收組件於該光接收固定件上。
如上所述之光學收發模組，其特徵在於：該光接收固定件還包括定位柱，以定位該光接收固定件於該基板上。
如上所述之光學收發模組，其特徵在於：該定位柱形成於支撐單元上。
如上所述之光學收發模組，其特徵在於：該光接收元件是設置於該光接收固定件的固定平面上，並透過軟性電路板來電性連接於該基板。
如上所述之光學收發模組，其中該光接收固定件包括二個支撐單元，而形成倒U字形的結構。
本創作另公開了一種光纖纜線模組，包括：光纖纜線；光學收發模組，包括：基板；光發射元件，連接於該基板；光接收元件，連接於該基板；以及光接收固定件，設置於該基板上，以固定該光接收組件，其中該光接收固定件包括至少一支撐單元，以支撐該光接收固定件於該基板上，並形成間隔於該光接收固定件與該基板之間。
本創作的功效主要顯現在於：
本創作公開之一種光學收發模組及其應用，可大幅改善結構。
為解決現有問題，本創作公開之一種光學收發模組，以實現光學收發模組體積小型化。
【00110】
100:光學纜線模組
101:電子裝置
102:匹配埠
103:處理器
104:罩殼
105:周邊裝置
106:路徑
110:光學收發模組
111:基板
111a:第一表面
111b:第二表面
111c:凸部
111d:凹部
111e:橫樑
112:處理器
113:光發射組件
113a:光發射器
113b:密封型殼體
113c:筒狀件
113d:阻尼單元
113e、113f:支柱
113g:基座
113h:第一電路板
113i:第二電路板
113j:連接導線
113L:光學透鏡
113m、113n:支撐塊
113r:基座凹部
113w:光學窗
114:光接收組件
114a:筒型光接收元件
114c:光接收晶片
114h:光接收固定件
114i:支撐單元
114j:固定平面
114k:定位凹槽
114L:定位柱
114m:對位元標記
114p:光接收器(PD)
114s:對位基台(sub-mount)
114v:溝槽
115:連接器
116:殼體
116a:上殼體
116b:下殼體
117:連接板
117a:第一連接板
117b:第二連接板
118:光發射固定器
118a:第一光發射固定器
118b:第二光發射固定器
118c:固定凹槽
118e:固定孔洞
118f:定位結構
118g:外露凹部
119:溫度控制單元
119a:熱敏電阻
119b:致冷器
119c:溫度控制器
120:光接收固定器
120a:固定通孔
121:連接板
122a:第一連接墊(Pad)
122b:第二連接墊
130:光纖纜線
131:光纖
132:光學元件
211a:第一基板
211b:第二基板
211c:基板支柱
213:光發射模組
313a:第一光發射組件
313b:第二光發射組件
圖1是使用本申請光學纜線模組的系統方塊圖；
圖2至圖4為本申請光學收發模組的一實施例的示意圖；
圖5A至圖9為本申請基板的不同實施例的示意圖；
圖10至圖11為本申請光發射組件及基板的不同實施例的示意圖；
圖12及圖13為本申請光發射組件的示意圖；
圖14為本申請光學收發模組的一實施例的示意圖；
圖14A及圖14B為本申請的光發射固定器的示意圖；
圖15至圖17為本申請基板的不同實施例的示意圖；
圖18為本申請光接收組件與基板的一實施例的示意圖；
圖19A及圖19B為本申請光接收固定器的一實施例的示意圖；
圖20為本申請光接收組件與基板的一實施例的示意圖；圖21至圖27為本申請光學收發模組的不同實施例的示意圖；圖28及圖29為本申請光發射組件的不同實施例的示意圖；圖30A及圖30B為本申請光接收晶片的一實施例的示意圖；圖31A及圖31B為本申請光接收組件及光接收固定件的示意圖；圖32A、圖32B至圖45A、圖45B為本申請光發射元件及光接收元件的不同實施例的相關示意圖。
請參閱圖1，本實施例提出一種光學纜線模組100，圖1為使用該光學纜線模組100的流程圖，該光學纜線模組100包括光學收發模組110，光纖纜線130及電子裝置101。該電子裝置101可以是許多運算或顯示裝置中的任何一種，其包括但不局限於資料中心、桌上型或膝上型電腦、筆記型電腦、超薄型筆記本、平板電腦、筆記本、或其它運算裝置。
如圖1所示，該光纖纜線130是連接於該光學收發模組110，用於傳輸光學信號。該光纖纜線130可包括至少一或多條光纖芯，用於允許光學信號在光纖芯內傳輸。
請參閱圖1，該電子裝置101可包括處理器103，其可代表任何類型的處理電性及/或光學I/O信號的處理元件。可理解的是，該處理器103可以是一單一處理裝置，或多個分開的裝置。該處理器103可包括或可以是一微處理器、可程式邏輯裝置或陣列、微型控制器、訊號處理器、或某些組合。
請參閱圖1，該電子裝置101的該匹配埠102可用於作為一介面，以連接至該光學收發模組110。該光學收發模組110可允許另一周邊裝置105與該電子裝置101相互連接。本實施例的該光學收發模組110可支援經由一光學介面的通信。在各種實施例中，該光學收發模組110也可支援透過一電性介面的通信。
請參閱圖1，該光學收發模組110可用於對應配接該電子裝置101的匹配埠102。在本實施例中，將一連接器插頭和另一者配接可以是用來提供一機械式連接。將一連接器插頭與另一者配接通常亦提供通信連接。該匹配埠102可包括一罩殼104，其可提供該機械式連接機構。該匹配埠102可包括一或多個光學介面構件。路徑106可代表一或多個構件，其可包括用來傳遞光訊號(或光訊號及電訊號)於該處理器103和該匹配埠102之間的處理及/或終止構件。傳遞訊號可包括產生並轉換成光訊號、或接收並轉換成電訊號。
請參閱圖2-4，其為本申請光學收發模組的一實施例的示意圖。本實施例提出的光學收發模組110可包括基板111、處理器112、光發射組件113、光接收組件114、連接器115、殼體116、連接板117及光發射固定器118。基板111可具有相對的第一表面111a及第二表面111b，基板111例如為印刷電路板(PCB)或陶瓷基板，並可包括例如插腳或連接球，用於介接至一外部裝置。處理器112是連接於基板111，處理器112可為任何類型的處理器晶粒或光學IC，而非限制于任一特定的處理器類型。光發射組件113及光接收組件114是連接至基板111上的處理器112，分別用於發射及接收光信號。光發射組件113及光接收組件114可包括傳輸電子信號之發射電路和接收電路，更具體的說，是處理對應光信號之電子信號的時序或其它協定方面的事項。殼體116可具有內部空間，用以容設基板111、處理器112、光發 射組件113、光接收組件114、連接器115、連接板117及光發射固定器118。連接板117是連接於基板111及光發射組件113之間，光發射固定器118可用於定位及固定光發射組件113的設置，以維持光纖通道以及光收發元件之間接合的特性損失和可靠性。
請參閱圖4至圖9，該基板111是設置在該殼體116內，該基板111可包括至少一凸部111c和至少一凹部111d，凸部111c是突出於基板111，凹部111d是形成於凸部111c的至少一側。其中，光發射組件113可容設於凹部111d內。亦即，光發射組件113可設置於凸部111c的至少一側。值得注意是，電路或IC晶片亦可形成於基板111的凸部111c表面上，以增加電路的設置面積。
在不同實施例中，如圖5至圖7所示，基板111可具有一個或多個凸字形狀，此時，多個凹部111d可分別位於該凸部111c的相對兩側。其中，如圖7所示，多個凹部111d之中亦可具有不同的長度或深度。如此，可依需求來容設不同尺寸的光發射組件113。再者，透過基板111的凸字形狀，可隔離不同的電路(例如連接至光發射元件113的軟性電路板)，避免因空間重疊而互相干擾的情形。
在不同實施例中，如圖8所示，基板111可具有至少一L字形狀，此時，至少一凹部111d可位於該凸部111c的至少一側。如圖9所示，基板111可具有至少一階梯形狀，此時，多個凹部111d可位於該凸部111c的至少一側。
此外，在一些實施例中，基板111相對的第一表面111a及第二表面111b皆可設置有不同的電路，用於設置不同功能的電路、晶片或元件。
如圖4所示，一個或多個光發射元件113可透過連接板117來連接於該基板111，且多個光發射組件113可進行交錯設置。每一光發射組件113包括光發射器113a、密封型殼體113b及筒狀件113c，且光發射器113a是完全地密封於一個或多個密封型殼體113b內。其中，光發射組件113的密封程度為符合工業用途TO(Transmitter Optical Sub-Assembly)類型封裝的氣密要求。例如，每一多個光發射元件113的密封程度可為1x10-12~5x10-7(atm*cc/sec)。
在各種實施例中，光發射器113a可為適用於產生光信號之任一種類型的雷射晶片(例如邊射型雷射裝置，FP/DFB/EML雷射，或垂直腔表面發光型雷射，VCSEL)。
在不同實施例中，光發射器113a可直接密封於密封型殼體113b內，且不具有外露的間隙，以確保光發射元件113的密封性。在一些實施例中，密封型殼體113b例如為圓筒型殼體。筒狀件113c是設置於密封型殼體113b的一側。筒狀件113c的內部可設有耦光透鏡(未顯示)，例如凸透鏡或球形透鏡，用於將光發射器113a所射出的光信號經由筒狀件113c耦光至外部光纖。因此，每一光接收組件的出光方向是由密封型殼體113b內的光發射器113a朝向筒狀件113c。
在不同實施例中，密封型殼體113b的直徑或寬度是大於筒狀件113c的直徑或寬度。如此，透過多個光發射元件113之間的前後交錯排列，可允許多個光發射組件113更緊密地排列配置，以減少多個光發射組件113的配置空間，因而可將更多個光發射元件113配置及封裝於一小型的光學收發模組110內，實現光學收發模組的小型化。
如圖10所示，在不同的實施例中，多個光發射組件113可分別位於基板111的上下兩側，並交錯排列，因而實現多個光發射組件113在基板111的上下兩側的交錯排列。如圖11所示，在不同的實施例中，多個光發射組件113可分別位於基板111的同一側，並交錯排列，因而實現多個光發射組件113在基板111的同一側的交錯排列。如圖12所示，在不同的實施例中，二個以上(例如三個或更多個)的光發射組件113可相互交錯排列，以實現更多個光發射組件113的交錯排列。在一些實施例中，如圖4及圖10所示，光發射組件113與基板111之間可具有一傾斜角度，亦即光發射元件113的出光方向與基板111之間可具有一傾斜角度，光發射元件113與基板111之間的傾斜角度可小於90度，例如30度、60度或45度。
請參閱圖13，在不同的實施例中，每一光發射組件113還可包括溫度控制單元119，該溫度控制單元119可設置在密封型殼體113b內。在一些實施例中，該溫度控制單元119可包括熱敏電阻119a及致冷器119b，該熱敏電阻119a固定在該光發射器113a的底座上，該致冷器119b可例如為熱電致冷器(TEC)或半導體致冷器(TEC)，並可例如固定在該密封型殼體113b內並靠近光發射器113a，該熱敏電阻119a與該致冷器119b電性連接。在本實施例中，透過該光發射器113a的溫度高低改變該熱敏電阻119a的阻值大小，故透過該熱敏電阻119a，可檢測到該光發射器113a的溫度。接著，透過控制該致冷器119b的電流流向，可冷卻光發射器113a的溫度，以控制該光發射器113a在合理的溫度範圍內(例如在40-50度)工作，減少因溫度變化造成該光發射器113a發生波長漂移的現象。再者，由於光發射組件113整體的熱負載可被大幅降低，因而可降低光發射組件113的耗電量。例如，單一個該光 發射元件113的耗電量範圍可被降低在0.1-0.2W，例如四個該光發射元件113的耗電量範圍則可被降低在0.4-0.8W。在本實施例中，該熱敏電阻119a及致冷器119b可例如透過導熱膠來固定在光發射器113a的底座上。
然不限於此，在一些實施例中，多個光發射組件113也可透過單一溫度控制單元119來控制溫度。
如圖3所示，連接器115可提供重定向機制以便越過光纖(未示出)來改變光學收發模組110與外部的一些物件(例如，另一裝置)之間的光線。
如圖3所示，外殼體116是用於保護及組裝基板111、處理器112、多個光發射組件113、光接收組件114及連接板117。該殼體116可包括上殼體116a和下殼體116b，上殼體116a和下殼體116b可組合成一體，並可形成內部空間，以容設基板111、處理器112、多個光發射組件113、光接收組件114及連接板117。在一些實施例中，該殼體116可例如由金屬製成，以具有不但能電遮罩封包在其中的電路、而且還能將電子電路產生的熱量有效地散發到該殼體116外面的功能。
如圖4所示，連接板117是連接於基板111與光發射組件113之間，用以固定定光發射元件113，並允許光發射組件113電性連接於基板111上。亦即，透過連接板117，基板111與光發射組件113之間可相互傳送信號。具體地，連接板117可例如為軟性電路板或軟性印刷電路板(FPC)，以傳送信號於基板111與光發射組件113之間。
又，如圖4所示，透過連接板117，可允許光發射組件113被設置於基板111的凹部111d內。具體地，連接板117可設置於基板111的凹部111d 內，並連接於基板111。且光發射組件113可設置於連接板117上，並連接於連接板117。因此，透過連接板117，光發射組件113被設置於基板111的凹部111d內，並電性連接於基板111。
又，如圖4所示，連接板117可包括第一連接板117a及第二連接板117b。在一些實施例中，第一連接板117a的一端可連接於基板111的第一表面111a，第二連接板117b的一端可連接於基板111的第二表面111b。因此，透過第一連接板117a及第二連接板117b，多個光發射組件113可電性連接於基板111的相對兩側表面上的電路，且可形成上下位置的交錯配置，因而可將多個光發射組件113配置及封裝於一較小型的光學收發模組110內，實現光學收發模組的小型化。然不限於此，在一些實施例中，第一連接板117a及第二連接板117b亦可連接於基板111的同一側表面(第一表面111a或第二表面111b)上。
如圖4所示，第一連接板117a及第二連接板117b可具有不同的長度。具體地，在一些實施例中，第二連接板117b的長度可大於第一連接板117a的長度。又，連接板117的一端可具有彎折結構，並連接於光發射元件113，此彎折結構(未標示)可對應於光發射組件113的傾斜角度、位置或其他排列來形成彎折，以對應於光發射組件113的排列配置。再者，當光學收發模組110的基板111上的IC在進行高速度運算時，會產生較大的耗電及熱量。此時，透過連接板117，可適度分離基板111與光發射組件113，避免熱量直接傳至光發射組件113，因而可有效地降低溫度控制單元119的耗電與光學收發模組110的整體耗電量。
如圖14所示，在不同的實施例中，可透過光發射固定器118來固定光發射組件113在光學收發模組110內的位置及排列配置。具體地，光發射固定器118可設置於光學收發模組110的殼體116或基板111上，以固定光發射組件113。在一些實施例中，光發射固定器118可例如是一體成型地形成於殼體116上。在一些實施例中，光發射固定器118可包括第一光發射固定器118a及第二光發射固定器118b，用以固定多個光發射組件113，並允許光發射組件113形成交錯排列。如圖3所示，第一光發射固定器118a可例如設置於上殼體116a上，第二光發射固定器118b可例如設置於下殼體116b上。再者，光發射固定器118可包括至少一固定凹槽118c，固定凹槽118c的凹槽形狀是對應於光發射組件113的形狀(例如密封型殼體113或筒狀件113c的形狀)，用以容設並卡合光發射組件113，以固定住光發射組件113。再者，固定凹槽118c的凹槽形狀亦可對應於光發射組件113的傾斜角度來形成，使得光發射組件113被傾斜地固定。
具體地，如圖14A及圖14B所示，光發射固定器118(例如第一光發射固定器118a及第二光發射固定器118b)的固定凹槽118c可具有傾斜角度，且固定凹槽118c的傾斜角度可相同於光發射組件113的傾斜角度，以固定住光發射組件113的傾斜角度。
如圖15所示，在一些實施例中，基板111的凹部111d可為鏤空的凹洞，其形成於基板111上。又，如圖16及圖17所示，透過多個凹部111d形成在基板111上，基板111可具有I字形或F字形的結構。因此，透過基板111上的多個凹部111d，可容設多個光發射組件113於基板111上。
在不同實施例中，光接收組件114與基板之間可具有一傾斜角度，光接收元件與基板之間的傾斜角度可小於90度，例如介於0度與90度之 間，如1度、5度、30度、60度或45度。
如圖18所示，在一些實施例中，光接收元件可例如為筒型光接收元件114a，又例如可為外掛程式式筒型(TO-CAN)光接收組件。其中，筒型光接收組件114a的密封程度為符合工業用途類型封裝的氣密要求。例如，每一多個筒型光接收元件114a的密封程度可為1 x 10-12~5*10-7(atm*cc/sec)。在一實施例中，更具體地，每一該多個筒型光接收組件114a的密封程度可為1 x 10-9~5 x 10-8(atm*cc/sec)。
如圖18所示，多個筒型光接收組件114a可透過光接收固定器120來進行組裝。光接收固定器120是用於將該多個筒型光接收組件114a組裝成一體，其中該多個筒型光接收組件114a是固定於該光接收固定器120內。多個筒型光接收組件114a可透過連接板121來連接於基板111上的電路。連接板121可例如為軟性電路板或軟性印刷電路板(FPC)，用以傳送信號於基板111與筒型光接收組件114a之間。具體地，在一實施例中，如圖18所示，多個筒型光接收組件114a可透過連接板121來分別連接於基板111上的第一連接墊(Pad)122a及第二連接墊122b，其中第一連接墊122a及第二連接墊122b可透過表面貼合的方式來貼合固定於基板111上，並電性連接於基板111上的電路(未顯示)。
如圖19A及圖19B所示，具體地，光接收固定器120可設有多個固定通孔120a，固定通孔120a的數量可對應於多個筒型光接收組件114a的數量，以對應供筒型光接收組件114a穿插于固定通孔120a，因而可固定多個筒型光接收組件114a於該光接收固定器120內。每一該固定通孔120a的內孔徑或尺寸是對應於筒型光接收組件114a的外觀尺寸，以緊密地套置固定 筒型光接收組件114a於光接收固定器120內。具體地，舉例說明，筒型光接收元件114a可具有不同大小的第一寬度及第二寬度(如圖19所示)，且固定通孔120a亦具有不同大小的第一內孔徑及第二內孔徑，以對應於筒型光接收組件114a的第一寬度及第二寬度。
如圖20所示，在一實施例中，光接收固定器120可固定於基板111上，用以固定多個筒型光接收組件114a於基板111上。然不限於此，在一些實施例中，光接收固定器120亦可未固定基板111上(如圖18所示)。
值得說明的是，在不同實施例中，光發射組件113及光接收組件114可以有不同的排列、組合、及/或配置。例如，在一些實施例中，光發射元件113及光接收組件114可設置於基板111的同一側上。然不限於此，在一些實施例中，光發射組件113及光接收組件114也可分別設置於基板111的不同側上。
在一些實施例中，一或多個光接收組件114可設置於基板111上，而一或多個光發射組件113可傾斜地設置於基板111的一側(如圖21所示)或基板111上(如圖22所示)。
又，在一些實施例中，一或多個光接收組件113可設置於基板111上，而一或多個光接收組件114可傾斜地設置於基板111的一側(如圖23所示)或基板111上(如圖24所示)。
然不限於此，在一些實施例中，光發射組件113及光接收組件114也可同時傾斜地設置於基板111的一側(未顯示)或基板111上(如圖25所示)。
值得說明的是，當一或多個光接收元件114可設置於基板111 的一側(例如圖18所示)時，光發射組件113可平行地或傾斜地設置於基板111上(如圖26及圖27所示)。
請參閱圖28，在不同的實施例中，每一光發射組件113還可包括阻尼單元113d、支柱113e、113f及基座113g，光發射器113a及支柱113e、113f可設置於密封型殼體113b內，光發射器113a可設置於支柱113e上，阻尼單元113d可設置於密封型殼體113b與支柱113e、113f之間，支柱113e、113f是設置於基座113g上。
如圖28所示，密封型殼體113b及基座113g可形成密閉空間，以容置光發射器113a及支柱113e、113f。支柱113e、113f是由基座113g所延伸而出設置，用以支撐光發射組件113內部的電路板(submount)113h、113i。支柱113e、113f可包括第一支柱113e及第二支柱113f，第二支柱113f可設置於第一支柱113e的一側，且靠近於密封型殼體113b。第一支柱113e是用以支撐第一電路板113h，光發射器113a是電性連接於第一電路板113h上，第二支柱113f是用以支撐第二電路板113i，第二電路板113i是用以電性連接外部的信號線(未標示)。電路板113h、113可設有電路，且電路板113h、113可由良導熱材料(例如陶瓷、金屬銅)所製成，以改善散熱效率。
在不同實施例中，支柱113e、113f可以是一體成型地形成於基座113g上，亦即支柱113e、113f與基座113g可具有相同材料，例如具有良好導熱性的金屬。在一些實施例中，支柱113e、113f可為矩形柱狀，然不限於此，在一些實施例中，支柱113e、113f可為圓柱狀、半圓形柱狀、錐狀或其他立體形狀。
在不同實施例中，阻尼單元113d是設置於支柱113e、113f與密 封型殼體113b之間，用於吸收光發射元件113內部的電磁能量，以破壞光發射元件113內的高頻共振模式，改善在傳送高頻信號時發生的共振現象，進而可改善信號失真情形，因而可允傳送更高頻的信號，例如可用於25Gbps~50Gbps NRZ、25Gbps~100Gbps PAM4或更高頻的信號。
在不同實施例中，阻尼單元113d可以是由預定阻尼材料所形成的片狀、薄膜、厚膜、塊狀、條狀、粉狀或任意形狀的一個或多個單元，用以吸收光發射元件113內部的電磁能量，減少光發射元件113內的高頻共振現象。其中，阻尼單元113d的阻值可以是介於1歐姆(Ω)與500歐姆之間，又例如是介於5歐姆(Ω)與100歐姆之間。
在一些實施例中，阻尼單元113d例如可以是由一種或多種材料所形成的電阻單元，以改善光發射元件113內的高頻共振現象。其中，阻尼單元113d的材料例如可包括純金屬、金屬合金、金屬化合物、金屬氧化物、金屬混合材料(例如陶瓷和金屬的組合)、半導體或其他材料。
在一些實施例中，阻尼單元113d可以包括薄膜層及金屬層(未顯示)，薄膜層例如是由絕緣材料(如陶瓷)或複合材料所形成，金屬層可形成於薄膜層的兩側，金屬層例如是由鈦、鉑、金、其他金屬或任意合金所形成。
在一些實施例中，阻尼單元113d的厚度可以是小於1mm，例如0.01mm~0.4mm。
在一些實施例中，阻尼單元113d例如可以是形成於最靠近密封型殼體113b的支柱113e、113f的側面上。例如，在一實施例中，阻尼單元113d可以是形成于第二支柱113f的側面上，且靠近密封型殼體113b，以改善 光發射元件113內的高頻共振現象。然不限於此，阻尼單元113d也可以形成于支柱113e、113f的其他位置上，用以改善光發射元件113內的高頻共振現象。例如，在另一實施例中，阻尼單元113d也可以是形成于第一支柱113e的側面上，並位於支柱113e與密封型殼體113b之間，以改善光發射元件113內的高頻共振現象。
請再參閱圖28，在不同的實施例中，每一光發射組件113還可包括多個連接導線113j，連接導線113j可以由導電金屬材料所形成，並連接于第一支柱113e及第二支柱113f之間，用於改善光發射元件113內的高頻共振現象。
請再參閱圖29，在不同的實施例中，每一光發射組件113還可包括至少一光學透鏡113L及光學窗113w。光學透鏡113L是設置於密封型殼體113b內，且對位於光發射器113a，用以將光發射器113a所發出的光信號進行光學改善，例如聚焦、准直、發散等。在一些實施例中，光學透鏡113L可設置於支柱113e上，且對位於光發射器113a。然不於此，在不同的實施例中，光學透鏡113L及光發射器113a也可設置於同一電路板上。
如圖29所示，光學窗113w是設置於密封型殼體113b上，例如設置於密封型殼體113b的前端，且對位於光學透鏡113L，用以允許光學透鏡113L所改善後的光信號發出密封型殼體113b之外。在一些實施例中，光學窗113w可以是平面型的透光板，以允許光學透鏡113L所改善後的光信號發出密封型殼體113b之外。然不於此，在不同的實施例中，光學窗113w還可再對穿過光學透鏡113L之後的光信號進行光學改善，以再次改善穿過光學透鏡113L之後的光路。
值得注意的是，由於光學透鏡113L可直接設置於密封型殼體113b內，而對位於光發射器113a，因而可更準確地控制光學透鏡113L與光發射器113a之間的光學對準，以提高光路的準確性，進而可減少光信號的能量損失。在一些實施例中，光學透鏡113L的材質可以不同於光學窗113w的材質。具體地，光學透鏡113L的材質可以例如是採用各式玻璃材料或是新型的矽基材料(Silicon based micro-lens)，這些材料對特定應用波長(例如：1200nm~1600nm)是吸收率很小的光透明介質。
請再參閱圖30A，在一些實施例中，光接收組件114可包括一或多個光接收晶片114c，光接收晶片114c例如為長條形的晶片，並可連接於基板111上。每一光接收晶片114c可設有多個光接收器(PD)114p，多個光接收器114p是沿著一方向上排列，例如可沿著光接收晶片114c的長軸方向，且連接於光接收晶片114c的多個光纖131的數量是少於光接收晶片114c的多個光接收器114p的數量。
如圖30A所示，具體地，舉例說明，在一實施例中，例如2個光接收晶片114c可排列設置(例如焊接)於基板111上。其中，每一光接收晶片114c例如可設有4個光接收器114p，此時，2個光纖131可連接於光接收晶片114c上的其中2個光接收器114p。透過此配置，可提高光纖131與光接收器114p之間的連接裕度，而提高光纖131與光接收器114p之間的連接精度，以增加光纖131與光接收器114p之間的耦光精度。值得說明的是，然不限於此，在其他實施例中，每一光接收晶片114c也可設有多於或少於4個光接收器114p。
請再參閱圖30B，在一些實施例中，光接收組件114可包括對 位基台(sub-mount)114s，對位基台114s可設置於基板111上，用以對位元光接收晶片114c。對位基台114s可設有一或多個對位元標記114m，光接收晶片114c可設置於對位基台114s上，並透過對位元標記114m來進行對位元，以提高光纖131與光接收晶片114c之間的對位元精度，進而提高增加光纖131與光接收晶片114c之間的耦光精度。
請再參閱圖31A及圖31B，在一些實施例中，光學收發模組110還可包括光接收固定件114h，用以設置光接收組件114於基板111上，並可形成一間隔G(例如介於10微米~5釐米)於該光接收固定件114h與該基板111之間，以允許設置更多的元件(例如IC及/或被動組件)於間隔G內，因而可增加基板111上的元件設置空間。光接收固定件114h可包括至少一支撐單元114i、固定平面114j、定位凹槽114k及定位柱114L。支撐單元114i是形成於光接收固定件114h的一側，用以支撐光接收固定件114h於基板111上，而形成間隔G於該光接收固定件114h與該基板111之間。固定平面114j是形成於光接收固定件114h的相對另一側，以供光接收組件114進行設置。定位凹槽114k是形成於光接收固定件114h上，用以定位光接收組件114及光纖131於光接收固定件114h上。在一些實施例中，固定平面114j可形成於定位凹槽114k內。定位柱114L可形成於支撐單元114i上，用以定位光接收固定件114h於基板111上。
如圖31A所示，光接收組件114可設置於光接收固定件114h的固定平面114j上，並透過軟性電路板117c來電性連接於基板111。透過光接收固定件114h，可形成間隔G於光接收固定件114h與基板111之間，以增加基板111上的元件設置空間。值得說明的是，在一些實施例中，光接收固定 件114h可形成更多的固定平面114j，以設置更多組件。
如圖31B所示，具體地，光接收固定件114h可包括例如二個支撐單元114i，而形成例如倒U字形的結構，然不限於此，在其他實施例中，光接收固定件114h可包括一或更多的支撐單元114i，以支撐光接收組件114於基板111上。
如圖32A至圖35所示，在一些實施例中，光發射組件113中的溫度控制單元119可設置於支柱113e上。支柱113e可設置於密封型殼體113b及基座113g所形成密閉空間內，並由基座113g所延伸而出設置。溫度控制單元119的致冷器119b可設置於支柱113e上的一側表面上，而光發射器113a可設置於致冷器119b上。透過此配置，光發射器113a的熱量可大幅地傳導至致冷器119b，降低光發射器113a晶片端的總熱容量，而不需要再增加額外的散熱塊，因而致冷器119b可使用較少的驅動電流即可達成廣大的溫控區間，同時增進熱平衡的反應時間，具體達成減少產品功耗(power consumption)的效果。值得說明的是，在不同的實施例中，光發射器113a在致冷器119b上的配置也可應用於非密封型的殼體內。
如圖32A至圖35所示，具體地，設有光發射器113a的電路板113h的最大表面可直接貼合於致冷器119b的最大表面上，因而允許光發射器113a的熱量可直接大幅地傳導至致冷器119b。此時，致冷器119b的最大表面可約略垂直於基座113g，具體地，致冷器119b的最大表面與基座113g的最大內表面之間可具有一角度，此角度可為80度~100度。此外，熱敏電阻119a可設置於電路板113h上，並與該致冷器119b電性連接，透過該熱敏電阻119a，可檢測到該光發射器113a的溫度。
值得說明的是，在不同的實施例中，支柱113e可由良導熱材料所形成，並由基座113g所延伸而出設置，因而可作為光發射器113a的散熱件(heat sink)。
如圖32A至圖35所示，在不同實施例中，光發射組件113還包括支撐塊113m、113n，支撐塊113m、113n可以用於縮短電路板113h接地打線的長度。具體地，支撐塊113m、113n可設置於支柱113e與基座113g之間，或設置電路板113h的兩側(如圖35所示)。此外，支撐塊113m、113n是連接於電路板113h的接地端與基座113g之間，因此，透過導電材質的支撐塊113m、113n，而可電性連接電路板113h的接地端與基座113g的接地端之間，進而縮短光發射元件113內部的打線長度，而達到高速信號性能。
在一些實施例中，一個或多個的支撐塊113m可直接一體成型於基座113g上(如圖32A及圖32B所示)。然不限於此，在一些實施例中，一個支撐塊113n(如圖33A及圖33B所示)或多個的支撐塊113n(如圖34A及圖34B所示)也可以是分離於基座113g之外。
如圖35所示，在一些實施例中，多個支撐塊113m、113n也可設置電路板113h的兩側，以支撐電路板113h，並縮短電路板113h接地打線的長度。
如圖32A至圖34B所示，在不同的實施例中，光接收器114p也可整合於光發射組件113內。具體地，基座113g可設有基座凹部113r，用以容置電路板，光接收器114p可固定於電路板上，因而可配置光接收器114p於基座113g上。值得說明的是，光接收器114p與光發射器113a可在位於同一光軸方向上，使得光接收器114p可取得更大的背光監控電流值，利於TO與 TRX電路功能之匹配設計。
再者，如圖32A至圖34B所示，基座113g的基座凹部113r可具有一傾斜角度(例如5度~45度)，用於依據光接收器114p的入光角度來調整，以提高光接收器114p的光接收效率。
再者，如圖36所示，多個支柱113e、113f可設置於基座113g上，第一支柱113e是用以支撐第一電路板113h及致冷器119b，光發射器113a是電性連接於第一電路板113h上，第二支柱113f是用以支撐第二電路板113i，第二電路板113i是用以電性連接外部的信號線(未標示)。
請再參閱圖37A及圖37B，在一些實施例中，固定器118可具有高導熱率，固定器118是用以固定光發射組件113，其中固定器118的導熱係數可介於20及450之間，以快速地散失光發射元件113所產生的熱量，使得光發射元件113可傳送更高速的信號。固定器118可利用良好導熱率材料(例如金屬或陶瓷材料)來製成，以具有高導熱率。
在又一些實施例中，光接收固定器114h也可利用良好導熱率材料(例如金屬或陶瓷材料)來製成，以具有高導熱率。其中，光接收固定器114h的導熱係數可介於20及450之間，以快速地散失光接收元件114所產生的熱量。
如圖37A及圖37B所示，具體地，固定器118可以是一體成型的結構，以更有效地改善固定器118的散熱效率。然不限於此，如圖37C所示，在一些實施例中，固定器118也可由多個單元所組成，以固定光發射元件113。在一些實施例中，固定器118可包括固定孔洞118e、定位結構118f、外露凹部118g。固定孔洞118e是用以允許光發射組件113穿過，因而固定光 發射組件113於固定器118上。定位結構118f是用以對應定位固定器118於基板111上，因而可定位光發射組件113於基板111上。外露凹部118g是形成於固定孔洞118e的一側，用於外露出光發射組件113的前端(出光端)，提高散熱效率。
如圖37A及圖37B所示，具體地，在一些實施例中，固定孔洞118e可具有多個不同內孔徑，以對應光發射元件113的外觀形狀，因而可允許光發射組件113對應穿過固定孔洞118e。在一些實施例中，多個固定孔洞118e可上下且左右地排列於固定器118上，以固定多個光發射組件113於固定器118上。在一些實施例中，多個光發射組件113可透過固定孔洞118e來交錯地固定於固定器118上。
如圖37A及圖37B所示，具體地，在一些實施例中，固定器118的定位結構118f例如為定位凹部結構，以對應卡合定位於基板111上。在一些實施例中，基板111可例如具有I字形或F字形的結構，而固定器118的定位結構118f可對應卡合於兩凹部111d之間的橫樑111e，且部分的固定器118可容置於兩凹部111d內，以容置多個光發射組件113。
然不限於此，在又一些實施例中，固定器118的定位結構118f也可例如為定位凸部結構，以對應卡合定位於基板111的凹部111d內。
請參閱圖38，在一些實施例中，第一連接板117a及第二連接板117b也可連接於基板111同一表面上(例如第一表面111a)，用於連接基板111及多個多個光發射組件113之間。具體地，第二連接板117b的長度可大於第一連接板117a的長度，因此，第一連接板117a可連接於較靠近基板111的光發射組件113，第二連接板117b可連接於較遠離基板111的光發射組件 113。因此，透過第一連接板117a及第二連接板117b的不同長度，多個光發射組件113可形成前後位置的交錯配置，因而可將多個光發射組件113同時配置及封裝於一較小型的光學收發模組110內，實現光學收發模組的小型化。更具體地，固定器118的固定孔洞118e亦可對應於光發射組件113的傾斜角度來形成，使得光發射組件113被傾斜地固定。
如圖38所示，更具體地，在一些實施例中，部分的第二連接板117b可位於多個光發射組件113的兩側，且部分的第二連接板117b可約略地垂直於基板111的最大表面(例如第一表面111a)，以連接於多個光發射元件113，實現光學收發模組的小型化。具體地，例如二個第二連接板117b可分別呈U字形地彎折，使得部分的第二連接板117b可位於多個光發射組件113的兩側。再者，由於部分的第二連接板117b可位於多個光發射組件113的兩側，因此部分的第二連接板117b的表面可抵接於殼體116的內表面，使得至少部分的熱量可由第二連接板117b傳導至殼體116，因而可提高散熱效率。
請再參閱圖38，在一些實施例中，光發射組件113可透過連接板117來連接於基板111的第一表面111a上，而光接收組件114可設置於基板111的第二表面111b上，且光接收組件114可位於第二表面111b的一側，以對應於光學元件132及光纖131的位置，使得光纖131及光學元件132可配置於基板111的一側，實現光學收發模組的小型化。
請參閱圖39，在一些實施例中，光學收發模組110可包括多個光發射模組213，每一光發射模組213可包括多個光發射組件113及固定器118，多個光發射組件113可被固定器118所固定。透過多個光發射模組213 的配置，可設置更多的光發射組件113於光學收發模組110內，因而可允許更多的光通路於光學收發模組110內，以實現更高頻寬的信號傳輸。舉例而言，光學收發模組110可包括至少二個光發射模組213，每一光發射模組213可包括至少4個光發射組件113及固定器118，而每一光發射組件113可用於傳輸例如50G、100G、200G或更高頻寬的信號，使得光學收發模組110可用於傳輸例如400G、800G、1600G或更高頻寬的信號。
請參閱圖39，在一些實施例中，基板111可包括多個橫樑111e，例如2個或2個以上，用以允許固定器118的定位結構118f來對應卡合，其中橫樑111e是形成於兩凹部111d之間。因此，多個光發射模組213的多個固定器118可固定於基板111的多個橫樑111e上，因而可固定更多的光發射組件113於光學收發模組110內。在一實施例中，多個光發射模組213是設置於基板111的一側的多個橫樑111e上。然不限於此，在另一實施例中，多個光發射模組213可設置於基板111的相對兩側或任意位置上。
請再參閱圖40，在一些實施例中，基板111可包括第一基板211a及第二基板211b，用以設置電路及元件。第二基板211b可設置於第一基板211a上，並形成相互電性連接，且有間隔形成於第一基板211a及第二基板211b之間。具體地，第一基板211a及第二基板211b之間，可透過基板支柱211c及/或電性軟板(未顯示)來形成多層基板之間的相互電性連接，其中基板支柱211c可例如為金屬導電柱(如銅柱)，用以支撐於第一基板211a及第二基板211b之間。因此，透過多個基板的多層設置，可允許更多的電路及元件設置於有限的空間內。
在一些實施例中，不同層的基板可用於設置不同的電路及元 件。例如，第一基板211a上的電路及/或元件可用於傳輸或支援較高速的信號，而第二基板211b上的電路及/或元件可用於傳輸或支援較低速的信號(相較於第一基板211a的信號)。舉例來說，如圖40所示，處理器112、驅動器、光發射組件113及/或光接收組件114可設置於第一基板211a上，溫度控制器、溫度控制晶片及/或其他元件可設置於第二基板211b上。
然不限此，基板111還可包括第三基板(未顯示)或更多層基板。相似地，第三基板可設置於該第二基板211b上，並形成相互電性連接，且有另一間隔形成於該第二基板211b及第三基板之間。其中，多層基板可具有相同尺寸或不同尺寸大小。例如，該第一基板211a的長度或寬度可大於該第二基板211b的長度或寬度。
請再參閱圖41在一些實施例中，光學收發模組還可包括一個或多個溫度控制器119c，其可電性連接於(串聯或並聯於)多個光發射組件113，用於控制光發射組件113內的致冷器119b。溫度控制器119c可例如為溫度控制晶片，並可設置於基板111上。舉例來說，光學收發模組還可包括二個溫度控制器119c，其分別控制4個或更多個光發射組件113內的致冷器119b，因而可透過二個溫度控制器119c來控制8個光發射組件113的溫度。又例如，光學收發模組還可包括一個溫度控制器119c來控制8個光發射組件113內的致冷器119b，因而可透過單一個溫度控制器119c來控制8個光發射組件113的溫度。
當透過溫度控制器119c來控制致冷器119b時，該光發射組件113的溫度可以是被控制在一合理的操作溫度區間(例如25度C及70度C之間，又例如45度C及65度C之間)，亦即多個光發射組件113的光發射器113a 的溫度可以不同，且被控制在預設操作溫度區內。由於透過單一溫度控制器119c來控制多個致冷器119b，因而可減少溫度控制器119c的功耗(power consumption)及設置空間。其中，溫度控制器119c的功耗例如為2W~5W。
【00100】由於將小型尺寸致冷器119b(如TEC chip)設置入光發射組件113中，因而可將光發射器113a(如雷射器)控制在特定溫度(例如：50度C~60度C)時，由於需要移動的熱容量比較少，可以相較於將大尺寸的TEC chip放在TOSA(例如非氣密式Chip-on-Board型式)附近的方式，可耗用更少的能量，進一步減少整個光纖模組的功耗。
【00101】值得說明的是，在不同的實施例中，該光發射組件113可以是同軸型TOSA(coaxial TOSA)，且可應用於插拔式光纖傳輸模組(pluggable optical transceiver)。其中，光發射組件113的光發射器113a可以是但不限於EML或DML(DFB)雷射二極管，以傳送高速信號。
【00102】請參閱圖42A至圖44，在一些實施例中，多個光發射組件113可更緊密地進行錯位排列，實現光學收發模組的小型化。具體地，多個光發射組件113可包括多個第一光發射組件313a及第二光發射組件313b，多個第一光發射組件313a是排列於該基板111的短軸方向DS上，多個第二光發射元件313b也是排列於該基板111的短軸方向DS上，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b是排列於第一方向D1上，第一方向D1是垂直於該基板111的平面。其中，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可以是錯位排列(亦即，未對位地排列)於第一方向D1上或基板111的短軸方向DS上。透過多個第一光發射元件313a及第二光發射組件313b的排列配置，可設置更多的光發射組件113於光學收發模組110內，因而可允許更多的光通 路於光學收發模組110內，以實現更高頻寬的信號傳輸。例如光學收發模組110可用於傳輸例如400G、800G、1600G或更高頻寬的信號，例如可應用長波長雷射系列8光通路在400G、800G、1600G或更高頻寬的應用，包括但不限於：ER8(40km)、LR8(10km)、FR8(2km)、DR8(500m)等。其中，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b的光發射方向可以是相同或不同。
【00103】如圖42A及圖42B所示，在一些實施例中，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可以是錯位排列(亦即，未對位地排列)基板111的短軸方向DS上。亦即，在基板111的短軸方向DS上，第一光發射組件313a的中心及第二光發射元件313b及中心之間具有距離，而未對準地排列。再者，多個第一光發射組件313a可以是錯位排列於基板111的短軸方向DS上，且多個二光發射組件313b可以是錯位排列於基板111的短軸方向DS上。因此，如圖42B所示，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可形成連續V形的錯位排列，亦即第一光發射組件313a或第二光發射元件313b可排列於第一光發射組件313a及第二光發射組件313b之間，以允許多個光發射組件113更緊密地排列配置，因而可將更多個高速光發射組件113配置及封裝於一小型的光學收發模組110內，實現高速光學收發模組的小型化。
【00104】如43圖所示，在一些實施例中，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可以是錯位排列(亦即，未對位地排列)第一方向D1上。亦即，在第一方向D1上，第一光發射組件313a的中心及第二光發射元件313b及中心之間具有距離，而未對準地排列。再者，多個第一光發射組件313a可以是錯位排列於多個第二光發射元件313b之間的間隙。因此，如 圖43所示，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可形成連續的交錯排列，以允許多個光發射組件113更緊密地排列配置，因而可將更多個高速光發射組件113配置及封裝於一小型的光學收發模組110內，實現高速光學收發模組的小型化。值得注意的是，如43圖所示，當該第一光發射元件及該第二光發射元件是錯位排列於該第一方向D1上時，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b也可以是對位排列於該基板的短軸方向DS上。
【00105】如圖44所示，在一些實施例中，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可以是錯位排列(亦即，未對位地排列)第一方向D1上。且在基板111的長軸方向DL上，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可以是前後交錯地排列，亦即第一光發射組件313a的中心及該第二光發射元件313b的中心之間具有距離。因此，如圖44所示，第一光發射組件313a及第二光發射組件313b可在基板111的長軸方向DL上形成前後交錯地排列，以允許多個光發射組件113更緊密地排列配置，因而可將更多個高速光發射組件113配置及封裝於一小型的光學收發模組110內，實現高速光學收發模組的小型化。
【00106】值得說明的是，在不同的實施例中，該光發射組件113的長度可以是5mm~60mm，以容置更多個高速光發射組件113於小型的光學收發模組110內。
【00107】請參閱圖45A及圖45B，在一些實施例中，光發射組件113的連接板117可連接(如焊接)於光接收固定件114h與基板111之間的間隔G內，且光接收固定件114h的材料可具有電性絕緣性，以隔絕光發射元件113與光接收組件114的信號干擾。其中，光接收固定件114h可以是硬性或軟性 材料，且可設置填充物(如吸波陶瓷片、散熱墊)於間隔G內。
【00108】在一些實施例中，如圖45B所示，光接收固定件114h的上表面可設有溝槽114v，用以穿透光纖131以及固定光纖。光接收固定件114h的上表面可設有溝槽114v可以是V型或其他形狀，以配合不同光纖，達到固定並引導光纖穿過光發射元件113間空隙的目的，並可降低在組裝光纖時的困難。
【00109】綜上所述，雖然本申請已以優選實施例揭露如上，但上述優選實施例並非用以限制本申請，本領域的普通技術人員，在不脫離本申請的精神和範圍內，均可作各種更動與潤飾，因此本申請的保護範圍以權利要求界定的範圍為准。
114:光接收組件
114h:光接收固定件
114i:支撐單元
114k:定位凹槽
114L:定位柱
117c:軟性電路板
131:光纖

Claims (8)

  1. 一種光學收發模組，包括：
    基板；
    光發射元件，連接於該基板；
    光接收元件，連接於該基板；以及
    光接收固定件，設置於該基板上，以固定該光接收組件，其中該光接收固定件包括至少一支撐單元，以支撐該光接收固定件於該基板上，並形成間隔於該光接收固定件與該基板之間。
  2. 如請求項1所述之光學收發模組，該間隔是介於10微米~5釐米。
  3. 如請求項1所述之光學收發模組，該光接收固定件還包括定位凹槽，以定位該光接收組件於該光接收固定件上。
  4. 如請求項1所述之之光學收發模組，該光接收固定件還包括定位柱，以定位該光接收固定件於該基板上。
  5. 如請求項4所述之光學收發模組，該定位柱形成於支撐單元上。
  6. 如請求項1所述之光學收發模組，該光接收元件是設置於該光接收固定件的固定平面上，並透過軟性電路板來電性連接於該基板。
  7. 如請求項1所述之光學收發模組，其中該光接收固定件包括二個支撐單元，而形成倒U字形的結構。
  8. 一種光纖纜線模組，包括：
    光纖纜線；
    光學收發模組，包括：
    基板；
    光發射元件，連接於該基板；
    光接收元件，連接於該基板；以及
    光接收固定件，設置於該基板上，以固定該光接收組件，其中該光接收固定件包括至少一支撐單元，以支撐該光接收固定件於該基板上，並形成間隔於該光接收固定件與該基板之間。
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