专利名称：具有集成透镜的光发送器模块和制造该模块的方法
技术领域：
本发明涉及具有集成透镜的光发送器模块和制造该模块的方法。
背景技术：
激光器管芯通常用在光通信系统中以通过光纤发送光信号。每个激光器管芯通常封装为光发送器模块，其可以安装在印刷电路板(PCB)上并耦合到光收发器的光纤。这样，光发送器模块必须被设计为电气地并物理地附装到PCB，并连接到光收发器。
传统的光发送器模块包括具有金属柱的管座，其上安装有边发射激光器管芯。管座包括互相电绝缘的多个引脚。引脚中的两个电连接到激光器管芯以将驱动电流提供到激光器管芯。引脚被用于将光发送器模块连接到PCB使得光发送器模块可以电气地并物理地附装到PCB。光发送器模块也包括结合到管座的金属外壳组件。金属外壳组件包括具有开口以收纳光纤的光纤套圈。金属外壳组件被设计以将球透镜或玻璃非球形(a-sphere)形式的透镜固定在管座和光纤套圈之间的位置处，使得来自激光器管芯的光信号有效地聚焦到插入到光纤套圈开口中的光纤上。
对于传统光发送器模块的顾虑是边发射激光器管芯以九十度角安装在管座的金属柱上，其使得激光器管芯的导线接合变得复杂。此外，由于光发送器模块相对于透镜的构造需要为激光器管芯使用较大的驱动电流，所以金属柱必须承担散热器的功能。
对传统光发射器模块的另一个顾虑是球透镜或玻璃非球形是昂贵的，且为了确定光纤以有效方式接收了发送的光，需要特定的安装设备。
对传统光发射器模块还有一个顾虑是管座引脚需要以复杂的方式弯曲以将模块附装到PCB并连接到光收发器，其可能危及信号和结构的完整性。
考虑到上述顾虑，需要一种光发送器模块，其不需要具有金属柱的管座、球透镜或玻璃非球形形式的透镜和必须以复杂方式弯曲以将模块附装到PCB并将模块连接到光收发器的管座引脚。
发明内容
光发送器模块和制造该模块的方法利用具有集成透镜的外壳结构，以将从光源发射的光有效地光耦合到连接到外壳结构的光纤。集成透镜允许聚合物材料的使用以形成外壳结构，其降低了制造成本。构造光发送器模块使得导电引脚从外壳结构沿着一个方向延伸，所述方向基本垂直于来自光源的光所发射的以及外壳结构的输出开口的中心轴所定位的方向。输出开口用于将光纤连接到外壳结构。光发送器模块的构造允许模块附装到印刷电路板(PCB)而不必以复杂方式弯曲导电引脚。
根据本发明实施例的光发送器模块包括外壳结构、多个导电引脚以及光源。外壳结构具有集成透镜。外壳结构包括输出开口以收纳光纤。输出开口具有沿着第一方向的中心轴。导电引脚附装到外壳结构。构造导电引脚以从外壳结构沿着基本垂直于第一方向的第二方向延伸。光源安装在导电引脚的特定导电引脚上，使得来自光源的光沿着第一方向朝向外壳结构的集成透镜发射，以将光发送到光纤中。
根据本发明实施例，用于制造光发送器模块的方法包括提供具有集成透镜的外壳结构、多个导电引脚以及光源，外壳结构包括具有沿着第一方向中心轴的输出开口；将光源安装在导电引脚的具体导电引脚上；和将导电引脚附装到外壳结构，使得导电引脚从外壳结构沿着第二方向延伸，且来自光源的光沿着第一方向发射。第二方向基本垂直于第一方向。
从结合附图，以本发明原理的示例方式解释的以下详细说明中，本发明的其他方面和优点将变得清楚。
图1是根据本发明实施例的光发送器模块的侧视图。
图2是图1的光发送器模块的俯视图。
图3是图1的光发送器模块的部分分解图。
图4是图1的光发送器模块的外壳结构的底透视图。
图5根据本发明实施例图示了将管座引脚装配到管座中以制造图1的光发送器模块的管座子组件的工序。
图6根据本发明实施例图示了将管座引脚固定到管座以制造图1的光发送器模块的管座子组件的工序。
图7示出了图1的光发送器模块的管座子部件。
图8示出了连接到印刷电路板(PCB)的图7的管座子部件。
图9是根据本发明实施例用于制造光发送器模块的方法的工序流程图。
具体实施例方式
参考图1、图2和图3，描述了根据本发明实施例的光发送器模块100。图1是连接到印刷电路板(PCB)102的光发送器模块100的侧视图。图2是光发送器模块100的顶视图。图3是光发送器模块100的部分分解图。如下面更详细描述的，光发送器模块100使用先进的、高精度的、批量生产的注模聚合物透镜，而不是昂贵的球透镜或玻璃非球形。聚合物透镜的使用允许光发送器模块100的各种部件由聚合物材料制成，其通过减少建造模块必需的工序数量相当大地减少了模块的总制造成本。此外，光发送器模块100的设计不需要管座引脚以复杂方式弯曲以将模块附装到PCB 102并将模块附装到光收发器(未示出)。
如图1、图2和图3所示，光发送器模块100包括光源104，光电检测器106，管座引脚108A、108B、108C和108D，管座110和具有集成透镜114的外壳结构112。如图1所示，光源104被设计为朝向外壳结构112的集成透镜114产生沿着基本平行于X轴方向的光。从光源104发射的光通过外壳结构112的集成透镜114发送到连接到光发送器模块100的光纤116。在此实施例中，光源104是边发射激光器管芯。不过，光源104可以是任何光产生设备。光电检测器106被设计为接收来自光源104的背光面发射(back-facet emission)以监控光源的运行。在此实施例中，光电检测器106是光电二极管。不过，光电检测器106可以是任何光检测设备。如图3所示，光源104安装在管座引脚108A上，且光电检测器106安装在管座引脚108C上。
在此实施例中，管座引脚108A、108B、108C和108D中的每个包括圆盘形头部和细长的圆柱体。不过，在其他实施例中，管座引脚108A、108B、108C和108D可以具有不同的构造。管座引脚108A、108B、108C和108D是微机械结构，其用于从电气上和结构上将光发送器模块100连接到PCB 102。如图1所示，管座引脚108C的头部是倾斜的，使得头部的整个上表面相对于与管座引脚108C的中心轴(其平行于Y轴)基本垂直的平面倾斜。管座引脚108A的头部部分地倾斜，使得头部上表面的一部分是倾斜的而上表面的其余部分是水平平面，即基本平行于与管座引脚108A的中心轴垂直的平面。光电检测器106安装在管座引脚108C的倾斜表面上，而光源104安装在管座引脚108A的水平平面表面上。管座引脚108A的倾斜部分提供了在光源104和光电检测器106之间的间隔，使得光电检测器可以有效地接收来自光源的背光面发射以监控光源的运行。
管座引脚108A、108B、108C和108D由导电材料制成，并因此是导电引脚。例如，管座引脚108A、108B、108C和108D可以是由覆有金(Au)的铍铜(BeCu)制造。由于光源104安装在管座引脚108A上，所以光源电连接到该管座引脚。光源104也经由接合导线118A电连接到管座引脚108D。管座引脚108A和108D被用作到光源104的电连接以驱动光源。类似地，光电检测器106电连接到所述光电检测器安装在其上的管座引脚108C，并经由接合导线118B电连接到管座引脚108B。这样，管座引脚108B和108C被用于接收由光电检测器106响应于所接收的光(即，光源104的背光面发射)产生的电荷。
管座引脚108A、108B、108C和108D经由管座110附装到外壳结构112。如图1所示，管座引脚108A、108B、108C和108D附装到管座110使得管座引脚从外壳结构112沿着基本平行于Y轴的方向延伸。由于光源104安装在管座引脚108A的水平平面表面上，所以从光源发射的光以基本平行于X轴的方向发送，且因此垂直于管座引脚108A、108B、108C和108D所定向的方向。
如图3所示，管座引脚108A、108B、108C和108D由管座110一起容纳在管座的开口120中，管座引脚定位在其内。如图6所示，管座引脚108A、108B、108C和108D可以用环氧填充物600固定到管座110，环氧填充物600可以涂到管座引脚从管座延伸处的管座底表面上。管座110由电绝缘材料制成，其可以将导电的管座引脚与对方的信号隔绝。例如，管座110可以由模制的聚合材料，或包括导热但电绝缘的微粒、纤维或任何其他内含物的聚合材料混合物制成。如图3所示，在此实施例中，管座110相对扁平且具有其上定位有管座引脚108A、108B、108C和108D的头部的圆形凸起121。管座110的圆形凸起121如下所述装配到外壳结构112中，且用于对准的目的。
光发送器模块100的外壳结构112包括具有输出开口124的光纤套圈122以收纳光纤116，其可以包括单模或多模光纤。如图1和图2所示，光纤套圈122从外壳结构112的主体部分126延伸，使得输出开口的中心轴CA沿着基本平行于X轴的方向定向。如图4所示，其为外壳结构112的底透视图，主体部分126具有底表面402和侧表面404，其基本互相垂直。底表面402基本平行于X轴，而侧表面404基本平行于Y轴。在图示实施例中，外壳结构112与千兆位接口连接器(GBIC)的封装外形(formfactor)共形。不过，在其他实施例中，外壳结构112可以与通常为已知的并用在光发送器模块中的封装外形共形。此外，图1至图4中的外壳结构112被图示为单个结构。不过，在其他实施例中，外壳结构112可以是组装在一起的多个结构部件。
如图4最佳地示出的，外壳结构112包括位于底表面402处的圆形凹穴区域406。圆形凹穴区域406被构造以收纳管座110的圆形凸起121，使得具有管座引脚108A、108B、108C和108D的管座110可以与外壳结构112装配以形成光发送器模块100。如图1所示，在装配后，安装在管座引脚108A头部的光源104和安装在管座引脚108C头部的光电检测器106定位在外壳结构112的圆形凹穴区域406内。在其他实施例中，外壳结构的凹穴区域406和管座110的凸起121可以不是圆形的。例如，凹穴区域406和凸起121可以是矩形甚至多边形。
外壳结构112包括光学特征以有效地将从光源104发射的光发送到输出开口124，其用于将光纤116与光发送器模块100相连接。这些光学特征中的一个是形成在圆形凹穴区域406的侧壁408上靠近光纤套圈122的位置处的集成透镜114。集成透镜114用于校准从光源104发射的光以优化从光源到光纤116的光耦合。在实施例中，使用在圆形凹穴区域406的侧壁408的表面上的根切模制，形成集成透镜114。透镜表面可以模制为任何形状，例如球形的、非球形的、圆环形的或衍射的。外壳结构112在圆形凹穴区域406的侧壁408中与集成透镜相对的位置处包括通道开口410，其允许接触侧壁408以使用根切模制形成集成透镜114。
外壳结构112的另一个光学特征是形成在光学套圈122的输出开口124中的聚焦透镜128以将来自光源104的光聚焦到光纤116中，以有效地将光发送到光纤中。通过形成在外壳112中的圆柱形空间制造聚焦透镜128，其具有聚焦来自光源104的光的凹表面。
在此实施例中，如图1所示，设计光发送器模块110使得外壳结构112的输出开口124与其上安装有模块的PCB 102在相同的高度处。这样，插入到输出开口124中的光纤116也与PCB 102在相同的高度处。由于当光发送器模块100安装在PCB上时，光源104定位在PCB 102上方，所以从光源发射的光需要降低以发送到光纤116中。在此实施例中，光发送器模块100包括定位在集成透镜114和聚焦透镜128之间的反射器130A和130B以将来自光源104的光导向到光纤116。通过形成在外壳结构112顶部的圆柱形空间制造反射器130A，其具有倾斜平面表面，将来自集成透镜114的光朝向反射器130B反射。类似地，通过形成在外壳结构112底部的圆柱形空间制造反射器130B，其具有倾斜平面表面以将来自反射器130A的光朝向聚焦透镜128反射。例如，如图1所示，反射器130A的倾斜平面表面可以定向为垂直地改变来自集成透镜114的光的方向，而反射器130B的倾斜平面表面可以定向为垂直地改变来自反射器130A的光的方向，使其朝向聚焦透镜128。反射器130A和130B的倾斜表面在外壳结构112内的位置将取决于输出开口124相对于光源104的相对高度。在光源104和输出开口124在相同高度处的实施例中，不需要反射器130A和130B。
外壳结构112还包括位于外壳结构的顶表面上在集成透镜114正上方的观察窗132。观察窗132允许通过目视观察，将光源104与集成透镜114主动对准。也可以通过激活光源并测量传送出光纤116的光量，对准光源104和集成透镜114。
现在参考图5-8以及图1，描述用于制造根据本发明实施例的光发送器模块100的工序。在组装之前，制造光发送器模块100的部件。用微机械方式加工管座引脚108A和108C以在管座引脚的头部上形成倾斜表面。使用一种或多种塑料材料，例如聚合物材料将管座110和外壳结构112模制为所期望的形状。接着使用外壳结构中的通道开口410通过根切模制，形成外壳结构112的集成透镜114。
如图5所示，在组装工序中的第一步涉及将管座引脚108A、108B、108C和108D装配到管座110的孔120中。然后，如图6所示，在管座底部使用环氧填充物600将管座引脚108A、108B、108C和108D固定到管座110。然后如图7所示，分别将光源104和光电检测器106放置在管座引脚108A和108C的头部上，并用接合导线118A和118B接合到管座引脚108D和108B的头部以形成管座子组件700。然后如图8所示，使用管座引脚108A、108B、108C和108D将管座子组件700物理地并电气地连接到PCB 102。
接着，如图1所示，外壳结构112附装到PCB 102和管座子组件700。这涉及将外壳结构112放在PCB 102上的裸露的管座子组件700上方。具体地，管座110的圆形凸起121装配到外壳结构112的圆形凹穴区域408中。在管座子组件700上的光源104可以通过外壳结构的观察窗132与外壳结构112的集成透镜114目视对准。无影胶(Curableadhesive)可以用于将外壳结构112在关键位置处固定到PCB 102。例如，如图1所示，无影胶134可以用在外壳结构112的底表面402和PCB 102的上表面之间，以及PCB的底表面和外壳结构的侧表面404之间。
参考图9的工序流程图描述了根据本发明实施例用于制造光发送器模块的方法。在框902处，提供具有集成透镜的外壳结构、多个导电引脚和光源。外壳结构包括具有沿着第一方向的中心轴的输出开口以收纳光纤。在实施例中，光源是边发射激光器管芯。接着，在框904处，将光源安装到导电引脚之一上。接着，在框906处，将导电引脚附装到外壳结构使得导电引脚从外壳结构沿着第二方向延伸，且来自光源的光沿着第一方向发射。第二方向基本垂直于第一方向。
虽然描述和图示了本发明的特定实施例，但是本发明并不限于所述和所图示的特定形式或构造。本发明的范围由所附权利要求及其等价物界定。
权利要求
1.一种光发送器模块，包括具有集成透镜的外壳结构，所述外壳结构包括输出开口以收纳光纤，所述输出开口具有沿着第一方向的中心轴；附装到所述外壳结构的多个导电引脚，使得所述多个导电引脚从所述外壳结构沿着第二方向延伸，所述第二方向基本垂直于所述第一方向；和安装在所述多个导电引脚的特定导电引脚上的光源，使得来自所述光源的光沿着所述第一方向朝向所述外壳结构的所述集成透镜发射以将所述光发送到所述光纤中。
2.如权利要求1所述的模块，其中所述光源包括安装在所述特定导电引脚的平面表面上的边发射激光器管芯，所述平面表面基本平行于所述第一方向。
3.如权利要求1所述的模块，还包括安装在所述多个导电引脚的具体导电引脚的倾斜上表面上的光电检测器以接收来自所述光源的背光面发射。
4.如权利要求1所述的模块，其中所述外壳结构包括具有侧壁的凹穴区域，所述集成透镜形成在所述侧壁上。
5.如权利要求4所述的模块，其中所述集成透镜具有球形的、非球形的、圆环形的或衍射的表面。
6.如权利要求4所述的模块，其中所述外壳结构包括在所述凹穴区域的所述侧壁中的通道开口，所述通道开口提供通道以使用根切模制在所述侧壁上形成所述集成透镜。
7.如权利要求6所述的模块，还包括构造成以固定所述多个导电引脚的管座，所述管座具有与所述外壳结构的所述凹穴区域共形的凸起，使得所述凸起可以装配到所述凹穴区域中。
8.如权利要求1所述的模块，其中所述外壳结构的所述输出开口与所述光源不在相同高度处，且其中所述外壳结构包括至少一个反射特征以将从所述光源发射的光导向到所述输出开口。
9.如权利要求1所述的模块，其中所述外壳结构包括定位在所述集成透镜上方的观察窗，在所述光源与所述集成透镜的对准期间，所述观察窗允许目视观察。
10.一种光发送器模块，包括具有集成透镜的外壳结构，所述外壳结构包括输出开口以收纳光纤，所述输出开口具有沿着第一方向的中心轴；附装到所述外壳结构的管座，所述管座具有多个孔；装配到所述管座的所述多个孔中的多个导电引脚，使得所述多个导电引脚从所述管座沿着第二方向延伸，所述第二方向基本垂直于所述第一方向；和安装在所述多个导电引脚的特定导电引脚上的边发射激光器管芯，使得来自所述边发射激光器管芯的光沿着所述第一方向朝向所述外壳结构的所述集成透镜发射以将所述光发送到所述光纤中。
11.如权利要求10所述的模块，还包括安装在所述多个导电引脚的具体导电引脚的倾斜上表面上的光电检测器以接收来自所述边发射激光器管芯的背光面发射，所述倾斜上表面相对于与所述第一方向平行的平面倾斜。
12.如权利以要求10所述的模块，其中所述外壳结构包括具有侧壁的凹穴区域，所述集成透镜形成在所述侧壁上。
13.如权利要求12所述的模块，其中所述外壳结构包括在所述凹穴区域的所述侧壁中的通道开口，所述通道开口提供通道以使用根切模制在所述侧壁上形成所述集成透镜。
14.如权利要求10所述的模块，其中所述外壳结构的所述输出开口与所述边发射激光器管芯不在相同高度处，且其中所述外壳结构包括至少一个反射特征以将从所述边发射激光器管芯发射的光导向到所述输出开口。
15.一种用于制造光发送器模块的方法，所述方法包括提供具有集成透镜的外壳结构、多个导电引脚以及光源，所述外壳结构包括具有沿着第一方向的中心轴的输出开口；将所述光源安装在所述多个导电引脚的特定导电引脚上；和将所述多个导电引脚附装到所述外壳结构，使得所述多个导电引脚从所述外壳结构沿着第二方向延伸，且来自所述光源的光沿着所述第一方向朝向所述集成透镜发射以将所述光发送到所述光纤中，所述第二方向基本垂直于所述第一方向。
16.如权利要求15所述的方法，还包括使用根切模制在所述外壳结构的凹穴区域的侧壁上的具体位置处形成所述外壳结构的所述集成透镜。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述集成透镜的形成的步骤包括通过在所述侧壁中的通道开口接触在所述侧壁上的所述具体位置。
18.如权利要求15所述的方法，还包括使用聚合物材料的注模形成所述外壳结构。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述将所述导电引脚附装到所述外壳结构的步骤包括使用所述外壳结构的观察窗，目视地将所述光源与所述外壳结构的所述集成透镜对准。
20.如权利要求15所述的方法，还包括用微机械方式加工所述多个导电引脚的具体导电引脚，使得所述具体导电引脚具有倾斜上表面，并将光电检测器安装在所述具体导电引脚的所述倾斜上表面上。
全文摘要
本发明公开了一种光发送器模块和利用具有集成透镜的外壳结构制造该模块的方法。外壳结构包括具有沿着第一方向的中心轴的输出开口，以收纳光纤。光发送器模块还包括附装到外壳结构的导电引脚，使得导电引脚从外壳结构在基本垂直于第一方向的第二方向上延伸。光发送器模块还包括安装在导电引脚之一上的光源，使得来自光源的光沿着第一方向朝向外壳结构的集成透镜发射，以将光发送到光纤中。
文档编号H04B10/12GK1804674SQ20051010818
公开日2006年7月19日 申请日期2005年10月9日 优先权日2005年1月14日
发明者埃里克·万克伊勒 申请人:安捷伦科技有限公司