专利名称：一种用于数据传输的并行光收发模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输领域，特别地涉及一种用于数据传输的并行光收发模块。
背景技术：
目前如何实现高速、超大容量的宽带网络通信是世界各国的研究热点，为解决网 络节点的数据传输速率的问题，业内人士研究出各种光收发模块，其中，光收发模块主要包 括串行光收发模块和并行光收发模块；对于串行光收发模块来说传输40Gb/s或以上速率 的数据会比较困难，主要表现在色散，信号调制技术以及封装技术等各个方面均出现了无 法解决的问题；在此基础上研究出并行光收发模块，通过采用高密度的多通道设计的并行 光收发模块来实现超高速率、大容量数据的传输。尤其是在短距离数据通信方面并行光收 发模块发展较快，例如可以将并行光收发模块应用在大型通信系统中实现背板与背板间的 互联和局域网内的数据传输。 随着垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵、高速专用集成电路技术的发展，并行光 收发模块的研制已经逐渐走向了实用化阶段。 并行光收发模块与单信道的光收发模块即串行光收发模块相比，并行光收发模块 的器件密度要高出许多，并且需要该模块的光电耦合设计、散热、电磁干扰屏蔽设计和电路 设计都与该模块相匹配；也就是说，保证该并行模块性能优化的关键是合理的设计组件。
目前，本领域技术人员需要解决得问题就是，如何制造一个符合SNAP12多源协议 的12通道的数据传输，且性能优良、成本低廉的并行光收发模块。
发明内容
本发明的目的是提供一种符合SNAP12多源协议的12通道的数据传输，且性能优 良、成本低廉的并行光收发模块。 为达到上述目的，本发明公开了一种用于数据传输的并行光收发模块，包括
管壳，该管壳分为管壳前端和管壳主体； 在所述管壳前端和管壳主体之间设置有适配器、透镜架、电路板、金属补强；且所 述透镜架上设置有用于放置微透镜列阵的矩形孔，所述适配器的内部连接光纤连接器；
所述电路板分为电路板的垂直部分和电路板的水平部分，且该电路板的垂直部分 和电路板的水平部分通过纯柔性电路板连接；所述电路板的水平部分上面焊接有电连接 器；所述电路板的垂直部分设有一个矩形孔；所述金属补强位于该电路板的垂直部分的后 方并粘在该电路板的垂直部分上，其中，光有源列阵芯片焊接在所述电路板的垂直部分上， 集成电路芯片粘在所述金属补强上，所述光有源列阵芯片与集成电路芯片电连接；所述管 壳主体上设有散热器。 进一步地，所述透镜架的一边连接所述光纤连接器；且透镜架的另一边依次连接 所述电路板的垂直部分、金属补强和管壳主体。 进一步地，所述并行光收发模块还包括对散热器进行固定的卡件。
进一步地，所述管壳主体还包括将电路板的水平部分固定在所述管壳主体上的两 个分立的盖片和盖片。 进一步地，所述管壳主体上设置一圆柱，该圆柱用于支撑所述纯柔性电路板。
进一步地，所述电路板垂直部分和纯柔性电路板均为采用聚酰亚胺材料材料制备 的双层柔性电路板，所述电路板的水平部分为两层聚酰亚胺材料的柔性电路板和一层耐燃 性材料共同制备的刚柔结合板。 进一步地，所述光有源列阵芯片的每个芯片与相邻芯片间的距离是250微米。
进一步地，所述微透镜列阵与所述光有源列阵芯片之间的距离等于该微透镜列阵 中透镜的焦距。 进一步地，所述光有源列阵芯片为光电探测器列阵芯片或为垂直腔面发射激光器 列阵芯片。 进一步地，所述金属补强为铝或铜材料制备。
与现有技术相比，本发明具有的优点表现为 首先，采用将透镜架上的定位柱3-4分别穿透插入电路板5上的两个定位圆孔
5- 6，并穿透于金属补强4上的两个定位圆孔4-2以及插入到管壳主体上的两个定位圆孔
6- 4中，能够保证电路板上的定位圆孔5-6、金属补强4上的定位圆孔4-2和管壳主体垂直 部分上的两个圆孔6-4的圆心和定位柱3-4的轴心在一条水平线上；并使电路板5上定位 圆孔5-6、金属补强4上的定位圆孔4-2和管壳主体垂直部分上的两个圆孔6-4大小相应， 且大于透镜架3上的定位柱3-4的尺寸。 这种结构可以实现光路有源耦合时灵活调节以保证光纤列阵、微透镜列阵和光有 源列阵芯片的光路准直；可以实现提高光路耦合的效率，从而增加信号传输距离。
另外，将本发明的并行光收发模块的各个组件中发热最大的带有控制功能的集成 电路(integrated circuit, IC)芯片4-1粘在金属补强4上，并与金属管壳6和散热器7 直接相连，该结构可以有效的传导该并行模块工作时产生的热量，保障并行光收发模块可 以在较高的温度下长时间的稳定工作。此外，电路板的垂直部分5-4的后面粘着金属补强 4，该结构可以提高电路板的垂直部分5-4的硬度，并易于在电路板的垂直部分5-4上粘附 光有源列阵芯片5-2，方便光有源对准和安装。 再者，管壳采用管壳前端1、管壳主体6的分离的结构，用四个螺钉和相应的螺孔 固定能够方便光有源调节和组件组装；另外，管壳主体6的拐角处设计有小圆柱来实现纯 柔性电路板5-3定位，可以避免纯柔性电路板5-3过分弯折而破坏电路板5的性能。
图1为本发明的并行光收发模块的仰视图； 图2为本发明的并行光收发模块的俯视图； 图3a为本发明使用的透镜架的俯视图； 图3b为本发明使用的透镜架的侧视图； 图4为本发明的并行光收发模块上下倒置的分解示意图。 图中1、管壳前端；2、适配器；3、透镜架；3_1 、透镜架上的矩形孔；3_2、微透镜列 阵；3-3、定位柱；3-4、定位柱；4、金属补强;4-1、集成电路芯片;4-2、定位圆孔；5、电路板;5-l、矩形孔；5-2、光有源列阵芯片；5-3、纯柔性电路板；5-4、电路板的垂直部分；5-5、电路 板的水平部分；5-6、定位圆孔；6、管壳主体；6-l、管壳主体的垂直部分；6-2、管壳主体水平
部分；6-3、圆柱；6-4、管壳主体垂直部分上的圆孔；7、散热器；8、卡件；9、电连接器；10、盖 片；11、盖片。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本发明作进一步详细的说明。 本发明的核心构思在于将包括层结构和金属补强的电路板安装在可以分离为管 壳前端和管壳主体的管壳内，能够方便光有源的对准和组装；并且将该电路板的垂直部分 和水平部分之间用柔性板的定位圆柱支撑的纯柔性电路板连接，可以避免纯柔性电路板过 分弯折而破坏电路板的性能并且该电路板的垂直部分为带金属补强的纯柔性电路板，即该 电路板的垂直部分和金属补强粘在一起，更好的提高光路耦合的效率，从而增加信号传输 距离，并提高散热和电磁干扰屏蔽的性能。 参照图1、图2、图3a、图3b和图4所示，分别为本发明的并行光收发模块的仰视 图，俯视图，以及透镜架的俯视图，透镜架的侧视图，和本发明的并行光收发模块上下倒置 的分解示意图进行说明。 —种用于数据传输的并行光收发模块，主要包括分为管壳前端1和管壳主体6的 菅冗； 在所述管壳前端1和管壳主体6之间配置有适配器2、透镜架3、电路板5、金属补 强4 ;且所述透镜架3上设置有用于放置微透镜列阵的矩形孔；该管壳前端1的内连接适配 器2，适配器2的内部连接MP0光纤连接器(MPO是光纤连接器的型号，MPO为multi-fiber push on)，并且该MPO光纤连接器依据透镜架3上的定位柱3-3进行定位。
所述电路板5根据放置部位不同可以分为电路板的垂直部分5-4和电路板的水平 部分5-5，且该电路板的垂直部分5-4和电路板的水平部分5-5通过纯柔性电路板5-3连 接；所述电路板的水平部分5-5上焊接有电连接器9 ;所述电路板的垂直部分5-4设有一个 矩形孔；所述金属补强4粘在该电路板的垂直部分5-4的后方(该处所述的前和后是指管 壳前端1为前方，管壳主体6为后方)，其中，光有源列阵芯片5-2焊接在电路板的垂直部 分5-4上，IC芯片粘附在金属补强上；且该光有源列阵芯片5-2与IC芯片电连接，本实施 例中的电连接可以使用金丝进行连接； 在具体实现过程中，所述管壳主体6的水平部分6-2的上方设有散热器7，该散热 器7用于将该并行光收发模块在使用过程中产生的热量消除，本实施例的散热器7的使用 提高了并行光收发模块的散热性能。 具体的结构如图4所示，管壳前端1的内部紧密连接有适配器2，透镜架3固定在 适配器2的末端，该透镜架3用于固定安装一微透镜列阵，该微透镜列阵可以实现光纤列阵 和光有源列阵芯片之间的光路准直和聚焦，并能够提高耦合效率，减少传输损耗，增加信号 光的传输距离；且该透镜架3的中心有一个安装微透镜列阵中透镜的矩形孔3-l、用于固定 微透镜列阵3-2，透镜架3上还设置有用于固定MPO光纤连接器的两个定位柱3-3 (位于透 镜架3的前面)、和两个定位柱3-4 (位于透镜架3的后面)，或者定位柱3-3和定位柱3-4
5分别位于透镜架3的双侧，本实施例中以管壳前端1为前方，管壳主体6为后方，即透镜架 3的前面为管壳前端l，透镜架3的后面为管壳主体6。 也就是说，透镜架3上设有两个定位柱3-3、两个定位柱3-4和一个矩形孔，该矩 形孔内放置微透镜列阵；其中，电路板5、金属补强4和管壳主体6上都有两个大小匹配，且 中心在一条线上的两个定位圆孔；如图3中所示的两个定位柱3-3连接MP0光纤连接器，而 另外两个定位柱3-4连接电路板5的垂直部分5-4上的定位圆孔5-6、金属补强4上的定位 圆孔4-2和管壳主体垂直部分6-1上的圆孔6-4，所述矩形孔3-1内嵌有带有1 X 12的光学 微透镜列阵3-2。透镜架3后面连接的是电路板5的垂直部分5-4，而电路板5的垂直部分 5-4的后面粘着金属补强4，该金属补强4和电路板5设置在管壳主体6上(如图4所示)。
其中，定位柱3-4和电路板5的垂直部分5-4上的定位圆孔5_6以及金属补强4 上的定位圆孔4-2和管壳主体垂直部分上的圆孔6-4的大小匹配，即大小相同或相应，定位 圆孔5-6、金属补强4上的定位圆孔4-2和管壳主体垂直部分上的圆孔6-4可以稍微大于定 位柱3-4的尺寸。现有技术中的定位柱3-4的外径大约为0. 7毫米，定位圆孔5-6和定位 圆孔4-2的内径大约为0. 85毫米。 电路板5的垂直部分5-4上设有一个矩形孔5-1和两个定位圆孔5-6，该处的矩形 孔5-1使IC芯片4-1伸出，且定位圆孔5-6可以使透镜架3上的两个定位柱3-4穿透以及 连接电路板5的垂直部分5-4后面的金属补强4并插入管壳主体的垂直部分6-1中，矩形 孔5-1上方的大面积镀金平面上焊接或者用银胶粘附着1 X 12光有源列阵芯片5-2，且矩形 孔5-l的尺寸略大于IC芯片4-1的尺寸。当本实施例中的并行光收发模块为接收模块时， 该光有源列阵芯片5-2为光电探测器列阵芯片；当本实施例中的并行光收发模块为发射模 块时，该光有源列阵芯片5-2为垂直腔面发射激光器列阵芯片；所述光有源列阵芯片5-2中 的每个芯片与相邻芯片间的距离是250微米。 需要说明的是，电路板的垂直部分5-4上设有一个矩形孔；金属补强4粘在电路板 的垂直部分5-4的后方，光有源列阵芯片5-2焊接在电路板的垂直部分5-4上面，IC芯片粘 附在金属补强上；IC芯片前面为的电路板的垂直部分5-4上的矩形孔5-1，且该矩形孔5-1 的主要作用是IC芯片伸出，能够使IC芯片和光有源列阵芯片、电路板垂直部分5-4上的信 号线路进行电连接或金丝连接；当然，电路板的垂直部分5-4上的矩形孔5-1和透镜架3上 的矩形孔没有关系，所述透镜架3上的矩形孔3-1主要是固定微透镜列阵。
用易于弯折的纯柔性电路板5-3连接电路板5的垂直部分5-4和电路板5的水 平部分5-5 ;且所述电路板的垂直部分5-4和纯柔性电路板5-3均为聚酰亚胺材料材料，所 述电路板的水平部分5-5为两层聚酰亚胺材料材料再加上一层FR4耐燃性材料(FR4是一 种耐燃材料等级的代号，该处表示树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规 格，目前一般电路板所用的FR4等级材料有很多种，大多数是以四功能的环氧树脂加上填 充剂以及玻璃纤维制作的复合材料)制备的刚柔结合板；纯柔性电路板5-3绕过管壳拐角 处的圆柱6-3，为避免纯柔性电路板5-3弯折角度过大而被损坏而设置支撑纯柔性电路板 5-3的圆柱6-3。 电路板5上可以焊接有电容、电阻、微控制器芯片和电连接器；该电路板垂直部分 5-4的后面粘有金属补强4，金属补强4在矩形孔5-1的暴露部分用银胶粘附有带有控制功 能IC芯片4-1 (如图4所示)；对于发射，IC芯片4-1主要提供驱动电流，控制恒功率工作；
6对于接收模块，IC芯片4-1主要对信号进行放大，限幅或将模拟信号转为数字信号，且IC芯 片4-1不论发射还是接收过程均对数据传输中的流量不进行控制；金属补强4上还设有两 个用于连接透镜架3的定位圆孔4-2，该定位圆孔4-2使透镜架3的两个定位柱3-4对应穿 接。 电路板5的水平部分5-5的上焊接有电连接器9，两个分立的盖片10和盖片11将 电路板5的水平部分5-5固定在管壳主体的水平部分6-2上。管壳主体水平部分6-2的上 方是散热器7，可以通过卡件8将散热器7固定在管壳主体水平部分6-2的上方(图4是倒 置的分解示意图)。 其中，金属补强4粘在电路板的垂直部分5-4和管壳主体6的竖直部分6_1之间， 并且IC芯片4-1的中心与矩形孔5-1的中心对齐；所述金属补强4可以为铝或铜材料制 备，且所述IC芯片4-1位于所述电路板垂直部分5-4的前方的矩形孔5-1的中心。
在实际操作过程中，第一步将透镜架3的两个定位柱3-4插入电路板5上的两个 定位圆孔5-6和金属补强4上的两个定位圆孔4-2中，保持微透镜列阵3-2与光有源列阵 芯片5-2之间的距离等于微透镜列阵3-2中透镜的焦距；进行光路的有源对准(由于定位 圆孔4-2大于大于定位柱3-4，可以实现水平面调节)，选择最佳位置(对于发射模块，为光 功率最大，对于接收模块，为光电流最大)将定位柱3-4固定在定位圆孔5-6和4-2中
第二步将耦合并固定好的共同体插入到管壳主体6垂直部分的定位圆孔6-4中 (包括适配器2，透镜架3，后面粘着金属补强4的电路板垂直部分5-4)，即将定位柱3-4的 伸出部分插入到管壳主体6垂直部分的定位圆孔6-4中，并将上述共同体粘在管壳主体6 垂直部分(即将金属补强粘在管壳垂直部分)。 第三步用四个螺钉插入相应的四个螺孔中，将管壳前端1固定到管壳主体6上。 也就是说将管壳前端1、适配器2、透镜架3、电路板垂直部分5-4和金属补强4组装在一起 并固定在管壳主体6的垂直部分6-1上。 本实施例的优点是提供一种符合SNAP12多源协议的12通道并行光收发模块，采 用该实施例的结构可以优化光电耦合、散热和高速电路版布局的问题，并可以实现高性能 的数据传输。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种用于数据传输的并行光收发模块，其特征在于，包括管壳，该管壳分为管壳前端(1-1)和管壳主体(6)；在所述管壳前端(1-1)和管壳主体(6)之间设置有适配器(2)、透镜架(3)、电路板(5)、金属补强(4)；且所述透镜架(3)上设置有用于放置微透镜列阵的矩形孔，所述适配器(2)的内部连接光纤连接器；所述电路板(5)分为电路板的垂直部分(5-4)和电路板的水平部分(5-5)，且该电路板的垂直部分(5-4)和电路板的水平部分(5-5)通过纯柔性电路板(5-3)连接；所述电路板的水平部分(5-5)上面焊接有电连接器(9)；所述电路板的垂直部分(5-4)设有一个矩形孔(5-1)；所述金属补强(4)位于该电路板的垂直部分(5-4)的后方并粘在该电路板的垂直部分(5-4)上，其中，光有源列阵芯片(5-2)焊接在所述电路板的垂直部分(5-4)上，集成电路芯片(4-1)粘在所述金属补强(4)上，所述光有源列阵芯片(5-2)与集成电路芯片(4-1)电连接；所述管壳主体(6)上设有散热器(7)。
2. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述透镜架(3)的一边连接所述 光纤连接器；且透镜架(3)的另一边依次连接所述电路板的垂直部分(5-4)、金属补强(4) 和管壳主体(6)。
3. 如权利要求1所述的并行光收发模块，其特征在于，所述并行光收发模块还包括对 散热器(7)进行固定的卡件(8)。
4. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述管壳主体(6)还包括将电路 板(5)的水平部分(5-5)固定在所述管壳主体(6)上的两个分立的盖片(10)和盖片(11)。
5. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述管壳主体(6)上设置一圆柱 (6-3)，该圆柱(6-3)用于支撑所述纯柔性电路板(5-3)。
6. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述电路板垂直部分(5-4)和纯 柔性电路板(5-3)均为采用聚酰亚胺材料材料制备的双层柔性电路板，所述电路板的水平 部分(5-5)为两层聚酰亚胺材料的柔性电路板和一层耐燃性材料共同制备的刚柔结合板。
7. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述光有源列阵芯片(5-2)的每 个芯片与相邻芯片间的距离是250微米。
8. 如权利要求2所述的并行光收发模块，其特征在于，所述微透镜列阵与所述光有源 列阵芯片(5-2)之间的距离等于该微透镜列阵中透镜的焦距。
9. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述光有源列阵芯片(5-2)为光 电探测器列阵芯片或为垂直腔面发射激光器列阵芯片。
10. 如权利要求l所述的并行光收发模块，其特征在于，所述金属补强(4)为铝或铜材 料制备。
全文摘要
本发明提供一种用于数据传输的并行光收发模块，该模块包括分为管壳前端和管壳主体的管壳；在所述管壳前端和管壳主体之间配置有适配器、透镜架、电路板、金属补强；且所述透镜架上设置有用于放置微透镜列阵的矩形孔，所述适配器的内部连接光纤连接器；所述电路板分为电路板的垂直部分和电路板的水平部分，且该电路板的垂直部分和电路板的水平部分通过纯柔性电路板连接；所述电路板的水平部分焊接有电连接器；所述电路板的垂直部分设有矩形孔；所述金属补强位于该电路板的垂直部分的后方并粘在该电路板的垂直部分上面。本发明的并行光收发模块可以实现提高光路耦合的效率，增加信号传输距离，且方便安装。
文档编号G02B6/42GK101788701SQ200910076840
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者刘超, 路绪刚 申请人:河北华美光电子有限公司