平面光波導(dǎo)型并行光組件與光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面光波導(dǎo)型并行光組件，包含電路板、光波導(dǎo)、激光器陣列、驅(qū)動(dòng)器、光探測器陣列和跨導(dǎo)放大器。光電芯片以倒裝鍵合的方式安裝在電路板的第一側(cè)。電路板上設(shè)有透光裝置，光波導(dǎo)貼在電路板的第二側(cè)，光波導(dǎo)包含45度鏡面。本發(fā)明還公開了一種平面光波導(dǎo)型并行光模塊。本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件和光模塊，提高了光互連的帶寬密度，光電集成方案工藝簡潔，有利于規(guī)模化生產(chǎn)。采用倒裝鍵合工藝安裝光電芯片，有效降低電寄生效應(yīng)。光路彎折進(jìn)入光波導(dǎo)，直接耦合到并行光纖可插拔接口，無需透鏡，光學(xué)元件少，耦合結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。本發(fā)明選用高分子薄膜作為光波導(dǎo)，具備較小的彎曲半徑，提高了可操作性。
【專利說明】平面光波導(dǎo)型并行光組件與光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種平面光波導(dǎo)型并行光組件與光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]過去十年光收發(fā)模塊市場經(jīng)歷了空前的增長，光收發(fā)模塊被廣泛應(yīng)用于電信和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。隨帶寬需求的增加，對(duì)外形尺寸小型化和低功率消耗的要求也更進(jìn)一步，人們更加關(guān)注空間能耗效率和端口速率密度。而小型化的并行光纖互連方案則可以通過增加并行數(shù)據(jù)傳輸通道實(shí)現(xiàn)帶寬的無限擴(kuò)展。并行光互連已逐漸成為數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算機(jī)安裝連接的標(biāo)準(zhǔn)方案，包含兩個(gè)高速并行光收發(fā)器的有源光纜被廣泛配置。
[0003]相對(duì)于在長距離網(wǎng)絡(luò)中人們對(duì)頻譜效率和距離-比特率的關(guān)注，在短距離通信如數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，用來連接的光纖僅僅從幾米到幾公里，人們更關(guān)注的是空間能耗效率和端口速率密度。并行光纖互連在數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通信中起到一個(gè)很重要的作用，通過增加并行數(shù)據(jù)傳輸通道可以實(shí)現(xiàn)帶寬的無限擴(kuò)展。由于并行光互連具有極高的帶寬、無串?dāng)_、長距離、重量輕、功耗低、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為高速傳輸信息最好和最安全的載體。
[0004]垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)可以充分發(fā)揮光子的平行操作能力，在光互連、光通信、圖像信號(hào)處理、模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、激光打印、光存儲(chǔ)讀/寫光源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，VCSEL的線寬較窄，其發(fā)光波長對(duì)溫度漂移也較小。VCSEL的閾值電流也較小、功耗較低，并且不容易產(chǎn)生啁啾。
[0005]由于VCSEL的面發(fā)射特性使得它成為并行光收發(fā)器的最佳選擇，并且并行的數(shù)據(jù)連接和數(shù)據(jù)中心的并行處理機(jī)制也相匹配。VCSEL具有發(fā)射角非常小的圓形光束，與光纖耦合的時(shí)候具有更高的耦合效率，集成和封裝的成本也會(huì)相應(yīng)降低。然而，VCSEL在光收發(fā)模塊的應(yīng)用中，常常需要將電信號(hào)線彎曲90度。目前常用的基于VCSEL的并行光收發(fā)模塊采用柔性電路板(FPC)將信號(hào)線彎曲90度。柔性電路板與陶瓷薄片連接，陶瓷薄片作為VCSEL芯片的基板。VCSEL驅(qū)動(dòng)器芯片安裝在陶瓷基底的一個(gè)凹槽中。在并行的光收發(fā)一體模塊中，則將VCSEL芯片陣列、VCSEL驅(qū)動(dòng)器芯片、光探測器芯片陣列和跨導(dǎo)放大器芯片一起粘貼在陶瓷基底上。所有芯片電極與引線框架上對(duì)應(yīng)的電極采用金絲引線鍵合技術(shù)進(jìn)行電連接。該方案采用的部件較多，工藝較復(fù)雜，制造成本高。柔性電路板的采用以及較長的電極引線，也極大的增加了光組件的電寄生效應(yīng)，限制了系統(tǒng)的傳輸速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服以上的不足，實(shí)現(xiàn)高密度的光子集成，提出了一種平面光波導(dǎo)型并行光組件與光模塊。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決:
一種平面光波導(dǎo)型并行光組件，包含電路板、光波導(dǎo)、激光器陣列、驅(qū)動(dòng)器、光探測器陣列和跨導(dǎo)放大器，所述電路板的第一側(cè)布置有電極陣列，所述激光器陣列、驅(qū)動(dòng)器、光探測器陣列和跨導(dǎo)放大器以倒裝鍵合的方式安裝在電路板的第一側(cè)上，并與所述電極陣列電連接，所述電路板上設(shè)有透光裝置，所述光波導(dǎo)貼在電路板的第二側(cè)上，所述光波導(dǎo)包含45度鏡面，所述45度鏡面與激光器陣列和光探測器陣列耦合對(duì)準(zhǔn)，將激光器出射光反射入光波導(dǎo)中，并將光波導(dǎo)傳來的光反射入光探測器。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述透光裝置為小孔，所述小孔設(shè)在與激光器陣列和光探測器陣列對(duì)準(zhǔn)的位置。
[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述透光裝置為透明的柔性基材。
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述透明的柔性基材為聚酰亞胺薄膜。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述聚酰亞胺薄膜的厚度為20-50微米。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光波導(dǎo)與電路板之間通過透明熱壓膠粘接。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光波導(dǎo)為高分子薄膜，包含第一包層、芯層和第二包層。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高分子薄膜由寡聚物和高分子樹脂混摻形成。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高分子薄膜通過整體干膜熱壓的方式貼在電路板上。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述高分子薄膜通過如下方式制作形成:先在所述電路板上制作第一包層，將芯層熱壓上去，對(duì)芯層按照預(yù)先設(shè)定好的光路圖案進(jìn)行曝光和顯影，然后壓合第二包層。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一包層和第二包層的厚度為30微米，所述芯層的厚度為50微米。
[0018]本發(fā)明還公開了一種平面光波導(dǎo)型并行光模塊，包含電路基板、外殼、并行光纖可插拔接口和上述任一權(quán)利要求所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件。
[0019]本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件，便于集成，有利于增大光互連的帶寬密度。本發(fā)明的集成方案適于采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，和底部照射式光探測器(PD)。VCSEL發(fā)出的光經(jīng)電路板上透光裝置的透射后，入射到45度鏡面。VCSEL的出射光經(jīng)45度鏡面反射后，光路彎折進(jìn)入光波導(dǎo)，然后耦合到并行光纖可插拔接口。該方案的光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)直接耦合，而無需透鏡，并且光學(xué)元件少，耦合結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。
[0020]本發(fā)明選用聚酰亞胺薄膜作為電路板的透明基材，其對(duì)VCSEL發(fā)出的850nm近紅外光的透射率可以達(dá)到85%以上。采用寡聚物和高分子樹脂混摻形成的高分子薄膜，具備較小的彎曲半徑，可以為3毫米左右，經(jīng)過多次彎曲和折疊，光損耗的增加不明顯。柔性的電路板和光波導(dǎo)，極大的提高了便攜性，尤其是對(duì)于手持式產(chǎn)品，提高了可操作性，降低了制作和應(yīng)用過程中的損傷。
[0021]另外，本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件采用倒裝鍵合的工藝安裝光電芯片，由于倒裝鍵合的互聯(lián)線更短，可以有效降低電寄生效應(yīng)。含45度鏡面的平面光波導(dǎo)片被粘貼在電路板的一側(cè)，電路板的另一側(cè)用于制作電子學(xué)布線，電路板上制作了透光的小孔或者采用透明的柔性基材，用來實(shí)現(xiàn)VCSEL陣列、H)陣列和光波導(dǎo)之間的光耦合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速電傳輸。這種光電集成方案工藝簡潔，有利于規(guī)?；a(chǎn)。
[0022]【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一的平面光波導(dǎo)型并行光組件的側(cè)視圖；
圖2是本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件的光電芯片在電路板上的布置示意圖；
圖3是本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件的光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例二和實(shí)施例三的平面光波導(dǎo)型并行光組件的側(cè)視圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過具體的實(shí)施方式并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]
實(shí)施例一:
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的平面光波導(dǎo)型并行光組件，包含電路板1、光波導(dǎo)2、激光器陣列3、驅(qū)動(dòng)器4、光探測器陣列5和跨導(dǎo)放大器6。激光器陣列3和光探測器陣列5均為并行的四列陣。本實(shí)施例的激光器為垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL )。
[0027]所述電路板I的第一側(cè)11布置有電極陣列7，所述VCSEL陣列3、驅(qū)動(dòng)器4、光探測器陣列5和跨導(dǎo)放大器6以倒裝鍵合的方式安裝在電路板I的第一側(cè)11上，并與所述電極陣列7電連接。所述VCSEL陣列3、驅(qū)動(dòng)器4、光探測器陣列5和跨導(dǎo)放大器6在電路板I上的布置如圖2所示。
[0028]如圖1所示，所述電路板I上設(shè)的透光裝置為小孔8，小孔8設(shè)在與VCSEL陣列3和光探測器陣列5對(duì)準(zhǔn)的位置，電路板I本身具備多層電路。所述光波導(dǎo)2貼在電路板I的第二側(cè)12上，所述光波導(dǎo)2包含45度鏡面9，與VCSEL陣列3和光探測器陣列5耦合對(duì)準(zhǔn)，將VCSEL 3出射光反射入光波導(dǎo)2中，并將光波導(dǎo)2傳來的光反射入光探測器陣列5。所述光波導(dǎo)2包含12路信道,光波導(dǎo)2的出光端面與并行光纖可插拔接口稱合對(duì)準(zhǔn)。
[0029]如圖3所示，光波導(dǎo)2為高分子薄膜，光波導(dǎo)2的第一包層21、芯層22和第二包層23的厚度依次為30微米、50微米和30微米。本實(shí)施例的光波導(dǎo)2與電路板I之間通過透明熱壓膠粘接，通過整體干膜熱壓的方法將光波導(dǎo)2的高分子薄膜貼在電路板I上。本實(shí)施例中所制作的光波導(dǎo)2的截面為30微米X 30微米。由于VCSEL陣列3的相鄰激光器的間距和光探測器陣列5的相鄰光探測器的間距相同，都為250微米，本實(shí)施例的光波導(dǎo)2的相鄰信道之間的距離相應(yīng)的也為250微米。
[0030]工作時(shí)，在信號(hào)發(fā)射端，在驅(qū)動(dòng)器4的驅(qū)動(dòng)下VCSEL陣列3發(fā)出四束并行發(fā)射光，并經(jīng)透光小孔8無損耗的透射，入射到45度鏡面9。VCSEL的出射光經(jīng)45度鏡面9反射后，光路彎折進(jìn)入光波導(dǎo)2，然后耦合到并行光纖可插拔接口，進(jìn)入光通信鏈路。在信號(hào)接收端，光信號(hào)經(jīng)并行光纖可插拔接口耦合到光波導(dǎo)2中，然后入射到45度鏡面9，經(jīng)45度鏡面9反射后，光路彎折進(jìn)入透光小孔8，經(jīng)透光小孔8無損耗的透射后，入射到光探測器陣列5，并被光探測器陣列5轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后經(jīng)過跨導(dǎo)放大器6進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為放大的電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)與外部鏈路的光互連。本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件包含發(fā)射和接收單兀，可以同時(shí)進(jìn)行雙向的信號(hào)傳輸。
[0031]
實(shí)施例二: 本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，所述電路板I上設(shè)的透光裝置通過采用透明基材實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。在本實(shí)施例中，透明基材為聚酰亞胺薄膜。選用聚酰亞胺薄膜作為電路板的透明基材，其對(duì)VCSEL發(fā)出的850nm近紅外光的透射率可以達(dá)到85%以上。本實(shí)施例的聚酰亞胺薄膜厚度為30微米。電路板I本身具備多層電路。采用透明的聚酰亞胺薄膜作為電路板基材可以省去鉆孔的程序，從而降低成本。
[0032]如圖2和圖4所示，本實(shí)施例的平面光波導(dǎo)型并行光組件，包含電路板1、光波導(dǎo)
2、激光器陣列3、驅(qū)動(dòng)器4、光探測器陣列5和跨導(dǎo)放大器6。激光器陣列3和光探測器陣列5均為并行的四列陣。本實(shí)施例的激光器為垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。
[0033]所述電路板I的第一側(cè)布置有電極陣列7，所述VCSEL陣列3、驅(qū)動(dòng)器4、光探測器陣列5和跨導(dǎo)放大器6以倒裝鍵合的方式安裝在電路板I的第一側(cè)11上，并與所述電極陣列7電連接。所述光波導(dǎo)2貼在電路板I的第二側(cè)12上，所述光波導(dǎo)2包含45度鏡面9，與VCSEL陣列3和光探測器陣列5耦合對(duì)準(zhǔn)，將VCSEL 3出射光反射入光波導(dǎo)2中，并將光波導(dǎo)2傳來的光反射入光探測器5。所述光波導(dǎo)2包含12路信道,光波導(dǎo)2的出光端面與并行光纖可插拔接口耦合對(duì)準(zhǔn)。
[0034]如圖3所示，光波導(dǎo)2為高分子薄膜，光波導(dǎo)2的第一包層21、芯層22和第二包層23的厚度依次為30微米、50微米和30微米。本實(shí)施例通過整體干膜熱壓的方法將高分子薄膜貼在電路板I上。本實(shí)施例中所制作的光波導(dǎo)2的截面為30微米X 30微米。由于VCSEL陣列3的相鄰激光器的間距和光探測器陣列5的相鄰光探測器的間距相同，都為250微米，本實(shí)施例的光波導(dǎo)2的相鄰信道之間的距離相應(yīng)的也為250微米。
[0035]工作時(shí)，在信號(hào)發(fā)射端，在驅(qū)動(dòng)器4的驅(qū)動(dòng)下VCSEL陣列3發(fā)出四束并行發(fā)射光，并經(jīng)聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的柔性電路板I透射，入射到45度鏡面9。VCSEL的出射光經(jīng)45度鏡面9反射后，光路彎折進(jìn)入光波導(dǎo)2，然后耦合到并行光纖可插拔接口，進(jìn)入光通信鏈路。在信號(hào)接收端，光信號(hào)經(jīng)并行光纖可插拔接口耦合到光波導(dǎo)2中，然后入射到45度鏡面9，經(jīng)45度鏡面9反射后，光路彎折入射到聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的柔性電路板1，經(jīng)聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的柔性電路板I透射后，入射到光探測器陣列5，并被光探測器陣列5轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后經(jīng)過跨導(dǎo)放大器6進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為放大的電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)與外部鏈路的光互連。本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件包含發(fā)射和接收單元，可以同時(shí)進(jìn)行雙向的信號(hào)傳輸。
[0036]
實(shí)施例三:
本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，所述光波導(dǎo)2的高分子薄膜通過干膜壓合的方法，將第一包層11、芯層2、第二包層13逐層熱壓在電路板I上。先在所述電路板I上制作第一包層11，將芯層12的干膜熱壓上去，對(duì)芯層12按照預(yù)先設(shè)定好的光路圖案進(jìn)行曝光和顯影，形成光信號(hào)通道的布線，然后壓合第二包層13，即波導(dǎo)上蓋層填補(bǔ)布線的空隙。本實(shí)施例的高分子薄膜由寡聚物和高分子樹脂混摻形成。優(yōu)選的，可以采用紫外固化型寡聚物。
[0037]采用寡聚物和高分子樹脂混摻形成的高分子薄膜，具備較小的彎曲半徑，可以為3毫米左右，經(jīng)過多次彎曲和折疊，光損耗增加不到0.ldB/cm。
[0038]
實(shí)施例四:
本實(shí)施例為采用實(shí)施例一、二和三中的任意一個(gè)方案所描述的平面光波導(dǎo)型并行光組件的并行光模塊，優(yōu)選的，采用實(shí)施例二的平面光波導(dǎo)型并行光組件。
[0039]本實(shí)施例的平面光波導(dǎo)型并行光模塊,包含電路基板、外殼、并行光纖可插拔接口和平面光波導(dǎo)型并行光組件。電路基板和平面光波導(dǎo)型并行光組件均封裝在外殼內(nèi)。電路基板與平面光波導(dǎo)型并行光組件電連接，并行光模塊的電接口采用金手指電極。并行光纖可插拔接口為12路，與本發(fā)明的平面光波導(dǎo)型并行光組件的VCSEL陣列3和光探測器陣列5耦合對(duì)準(zhǔn)，作為并行光模塊對(duì)外連接的光接口，連接帶狀光纖。
[0040]進(jìn)一步的，VCSEL陣列3和光探測器陣列5可以為10路或12路，相應(yīng)的并行光纖可插拔接口為20路或24路。
[0041]
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，例如基于本發(fā)明的構(gòu)思變動(dòng)電路板的透光裝置、或者改變光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)或材料，或者改變并行光路的數(shù)目也即VCSEL和光探測器數(shù)目等，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種平面光波導(dǎo)型并行光組件，包含電路板、光波導(dǎo)、激光器陣列、驅(qū)動(dòng)器、光探測器陣列和跨導(dǎo)放大器，其特征在于，所述電路板的第一側(cè)布置有電極陣列，所述激光器陣列、驅(qū)動(dòng)器、光探測器陣列和跨導(dǎo)放大器以倒裝鍵合的方式安裝在電路板的第一側(cè)上，并與所述電極陣列電連接，所述電路板上設(shè)有透光裝置，所述光波導(dǎo)貼在電路板的第二側(cè)上，所述光波導(dǎo)包含45度鏡面，所述45度鏡面與激光器陣列和光探測器陣列耦合對(duì)準(zhǔn)，將激光器出射光反射入光波導(dǎo)中，并將光波導(dǎo)傳來的光反射入光探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述透光裝置為小孔，所述小孔設(shè)在與激光器陣列和光探測器陣列對(duì)準(zhǔn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述透光裝置為透明的柔性基材。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述透明的柔性基材為聚酰亞胺薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述聚酰亞胺薄膜的厚度為20-50微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述光波導(dǎo)與電路板之間通過透明熱壓膠粘接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述光波導(dǎo)為高分子薄膜，包含第一包層、芯層和第二包層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述高分子薄膜由寡聚物和高分子樹脂混摻形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述高分子薄膜通過整體干膜熱壓的方式貼在電路板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述高分子薄膜通過如下方式制作形成:先在所述電路板上制作第一包層，將芯層熱壓上去，對(duì)芯層按照預(yù)先設(shè)定好的光路圖案進(jìn)行曝光和顯影，然后壓合第二包層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件，其特征在于，所述第一包層和第二包層的厚度為30微米，所述芯層的厚度為50微米。
12.—種平面光波導(dǎo)型并行光模塊，其特征在于，包含電路基板、外殼、并行光纖可插拔接口和權(quán)利要求1-11任一所述的平面光波導(dǎo)型并行光組件。
【文檔編號(hào)】G02B6/43GK103885141SQ201210554040
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】侯小珂, 張勝利 申請(qǐng)人:深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司