光电转换组件的制作方法

本发明关于一种光电元件，特别涉及一种用于光学元件与电子元件之间提供信号传输与转换的光电转换组件。

背景技术：

光束或光信号经常被用于电子装置之间、长距离与相邻电路板之间传输数字信息。根据需要进行信息传输的光束可以被调变。光信号也可以用于其它目的，包括位置或运动感测、测量等。

通常，一个典型的多光纤连接器包括一连接器套接组件以支撑连接器外罩的尾端。连接器套接组件可以包括一多光纤套接件安装在一衬套。一弹簧用于相对于连接器外壳的远端方向以偏向所述连接器套接组件。多光纤套接件用于作为支撑多个光纤的端部。多光纤套接件具有一末端面在该光纤的抛光端位置。当两个多光纤连接器互相连接时，该多光纤套接件的末端面相对并以它们各自的弹簧而偏向彼此。与多光纤光学连接器连接时，它们各自的光纤同轴地对准，使得光纤的端面直接彼此相对。以这种方式，通过光纤的对准端面，光信号可以从一光纤传送至另一光纤。

用于互连的光纤系统通常利用接合套接组件，以便于操作与光纤的准确定位。光纤在一套接件主体内被固定，每一光纤的端面被定位一般齐平或从套接件主体的端面稍稍突出。然后，光纤的端面或面再抛光至所需的程度。当互补的套接组件被配件时，一套接组件的每一光纤与另一套接组件的一配接光纤同轴地定位。在一些应用中，多个配接的光纤的端面物理地彼此接触以便有效地于配接的光纤对之间信号传输。在这些应用中，各种因素可以降低光纤对之间的光传输效率。

因此，光学技术在现代电子装置之中扮演了一个重要的角色，且许多电子装置采用光学元件。这种光学元件的例子包括光学或光源，例如发光二极管与激光、波导、光纤、透镜和其它光学部件、光检测器和其它光学感测器、光学敏感半导体和其他。

光纤的使用需要光电转换模块，以将电信号转换成光信号，或将光信号转为电信号。此外，光电转换模块被连接以固定到光纤的端部，或可以从光纤的端部连接或拆卸。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光电转换组件。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种光电转换组件。光电转换组件，包括一光电转换模块；一印刷电路板，用以耦接光电转换模块；电线，用以耦接印刷电路板；一光纤元件，用以传输光；一光学套接件，用以接合光电转换模块与光纤元件；以及一连接头，电性连接印刷电路板。

此光电转换模块包括一载板，至少一光学元件配置于载板之上，一光学平台具有一第一配置区用以支撑印刷电路板，一第二配置区用以支撑载板，一第一透镜阵列配置于载板之下以对准至少一光学元件，一镜面配置于第一透镜阵列之下，以及一第二透镜阵列配置于镜面的左侧。

根据本发明一观点，光电转换模块包括一载板，具有一光波导部分与V-型凹槽，V-型凹槽具有一第一光反射面与一第二光反射面，至少一光学元件，配置于载板之上；一光学平台，具有一第一配置区用以支撑印刷电路板，一第二配置区用以支撑载板；以及一透镜阵列，配置以对准光波导部分。

根据本发明另一观点，光学平台具有一第一凹槽部分，用以第一透镜阵列形成于其上，一第二凹槽部分，用以第二透镜阵列形成于其上。第一透镜阵列与第二透镜阵列的配置方向相同。第一透镜阵列、第二透镜阵列与镜面嵌入至光学平台之中。导线形成于载板之上以耦接至少一光学元件。

根据本发明一观点，至少一IC配置于载板之上以耦接载板上的导线。

根据本发明另一观点，印刷电路板藉由一粘着材料以附着于光学平台的第一配置区之上。载板藉由一粘着材料以附着于光学平台的第二配置区之上。

载板的大小小于或等于光学平台的第二配置区的大小。

光电转换组件还包括一导引梢，用以接合光学套接件与光学平台以及光纤元件。印刷电路板具有导电端以电性连接电线。导线形成于印刷电路板之上。第一配置区位于光学平台的二侧。载板具有一穿孔，穿过载板的一上表面至载板的一底部表面。

此些优点及其它优点从以下较佳实施例的叙述及权利要求将使读者得以清楚了解本发明。

附图说明

如下所述的对本发明的详细描述与实施例的示意图，应使本发明更被充分地理解；然而，应可理解此仅限于作为理解本发明应用的参考，而非限制本发明于一特定实施例之中。

图1显示根据本发明的一实施例的具有光电转换模块的主动光学缆线的一示意图；

图2显示根据本发明的一实施例的光电转换组件的一示意图；

图3显示根据本发明的一实施例的光电转换模块的一载板与一光学平台的一示意图；

图4显示根据本发明的一实施例的光电转换模块的一示意图；

图5显示根据本发明的一实施例的一印刷电路板整合于光电转换模块的光学平台上的一示意图；

图6显示根据本发明的一实施例的主动光学缆线的光电转换组件的示意图；

图7显示根据本发明的一实施例的光电转换模块的一截面图；

图8显示根据本发明的另一实施例的光电转换模块的一截面图；

图9a与图9b显示根据本发明的一载板的一截面图。

主要部件附图标记：

100 主动光缆

110 光电混合缆线

120 第一光电转换组件

130 第二光电转换组件

200、200a 光学平台

200b 凹槽结构

201 第一配置区(平台)

202 第二配置区(平台)

203 第三凹槽部分

204、205 透镜阵列

204a 第四凹槽部分

206、210d 镜面

207 导引梢

210、210a 载板

210b 光波导部分

210c 包覆部分

210e V-型凹槽

211 光接收元件

212 光源芯片

213、214、221 集成电路(ICs)

215、216、217、218 导线

220 印刷电路板

220a 穿孔

222 被动元件

224、224a 电线焊接垫

225 焊线垫

230 连接头

231 导电端

240a、240b 电线

250 光学套接件

260 光纤元件

261 光纤

具体实施方式

此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可藉由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的技术效果与其优点。且本发明亦可藉由其它具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节亦可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。

图1显示根据本发明的一实施例的一主动光缆(AOC)100的外观示意图。主动光缆100包括一光电混合缆线110、一第一光电转换组件120以及一第二光电转换组件130，第一光电转换组件120与第二光电转换组件130分别连接光电混合缆线110的二端。主动光缆100可以用于单向或双向信号传输。主动光缆100可以应用于一高速传输线，例如USB、HDMI、Lighting或Thunderbolt接口用于缆线消费性产品，或应用于一传输线，例如储存BUS包括光纤通道(FC)、SAS、PCIe或SATA用于光电产品或设备。在一例子中，主动光缆100可以用于数字影音装置或设备之间的连接。在一实施例中，第一光电转换组件120为一光学传输器，而第二光电转换组件130为一光学接收器，以利于单向传输。在另一实施例中，第一光电转换组件120为一第一光学收发器，而第二光电转换组件130为一第二光学收发器，以利于双向传输。举例而言，根据不同的应用，光电混合缆线110可以用于一光纤缆线或一混合式缆线。混合式缆线包括光纤与电线。

图2显示根据本发明的一实施例的一光电转换组件的示意图。光电转换组件包括一光电转换元件/模块、一印刷电路板220以及一光电混合缆线，其中光电转换元件/模块可以用于单向传输或双向传输。光电转换元件/模块可以应用于一高速传输接口，例如USB、HDMI、Lighting或Thunderbolt接口用于缆线消费性产品，或应用于一传输接口，例如储存BUS包括光纤通道(FC)、SAS、PCIe或SATA用于光电产品或设备。在一例子中，光电转换元件/模块可以作为一光学传输器或一光学接收器，以利于单向传输。在另一实施例中，光电转换模块可以作为一光学收发器，以利于双向传输。在一实施例中，光电转换模块包括一光学平台200与一载板(interposer)210。在一实施例中，光电混合缆线为一混合式缆线，包括一光纤元件260与电线240a与240b。光电转换组件还包括一光学套接件250以用于接合/连接光学平台200与光纤元件260，以及一连接头(plug)230用以电性连接印刷电路板220。

在一实施例中，光纤元件260为一光学带状光纤(ribbon fiber)或束状光纤(bundle fiber)。光纤元件260具有光纤261嵌入光学套接件250的接收孔洞之中以利于光学耦合至载板210上的光学元件。光纤261嵌入光学套接件250以耦接/连接(接合)至光电转换模块。接收孔洞可以为圆柱形。举例而言，光纤261为多膜光纤或单膜光纤。并排的光纤261为多膜光纤配置于光纤元件260之中。每一光纤261的结构具有一核心部分(core)形成于其中心，与一包覆部分(cladding)围绕核心部分；另外可以增加一涂布层而涂布于包覆部分的外表面以保护核心部分与包覆部分。核心部分的折射率(n)为1.35～1.70，而包覆部分的折射率为1.35～1.70。光纤261例如为50/125,62.5/125,或80/125渐变折射率多膜光纤。

图3显示根据本发明的一实施例的光电转换模块的一载板与一光学平台。在一实施例中，光学元件配置于载板210之上。例如，一光源芯片212与一光接收元件(或光检测芯片)211配置于载板210之上。在一实施例中，一光二极管、光检测器芯片或光感测芯片配置于载板210之上。在一实施例中，集成电路(ICs)213与214配置于载板210之上，例如一驱动集成电路(driver IC)、控制IC或转阻放大器芯片、或其他主动元件配置于载板210之上。此外，被动电子元件也可以配置于载板210之上。在一实施例中，集成电路(ICs)、被动电子元件可以配置于印刷电路板220之上。导线(conductive trace)218、217、216与215形成于载板210之上。导线218、217、216与215可以藉由一相同的制程所形成。在一实施例中，光源芯片212、光接收元件211、ICs 213与214藉由一覆晶封装制程而封装于载板210之上。载板210之上的导线218与217可以电性连接至外部电路(印刷电路板220上的焊线垫225)，例如藉由焊线(wire bonding)连接或直接电性连接。载板210之上的导线216电性连接至光源芯片212与IC 213，而载板210之上的导线215电性连接至光接收元件211与IC 214。载板210的材料包括硅、二氧化硅、陶瓷或介电材料，或者载板210本身为一软性印刷电路板作为一基板。在一实施例中，光学平台200利用一射出成型制程，例如塑胶射出成型制程，以形成一第一配置区(平台)201、一第二配置区(平台)202、透镜阵列204与205。第一配置区(平台)201用以支撑印刷电路板220，而第二配置区(平台)202用以支撑载板210。在一实施例中，一第一配置区(平台)201位于光学平台的两侧，具有一第一凹槽部分；而第二配置区(平台)202形成而为一U-形或口字型，具有一第二凹槽部分。透镜阵列204与205用以聚光、集光或导光。透镜阵列204与205可以用于提升光学使用的效率与增加光学元件封装的容许值。

载板210的大小小于或等于光学平台200的第二配置区(平台)202的大小。

光电转换模块具有载板210以及具有双侧透镜阵列204与205的光学平台200。在一实施例中，透镜阵列204的配置方向与透镜阵列205的配置方向相同。光学平台200具有一凹槽部分202用于载板210可以配置/固定于其上，而载板210配置于凹槽部分202之中。光学平台200具有一第三凹槽部分203，其位于光学平台200的前侧以利于透镜阵列205形成于其上。在一实施例中，透镜阵列204、透镜阵列205与镜面206整合/形成于光学平台200之中。镜面或反射面206整合于光学平台200之中。

镜面或反射面206被动地用于光源芯片212所发出的光信号，使其可以非共平面的转折(光学反射)，且光信号可以导向至外部的光传输介质，例如光纤261。相反地，通过外部的光传输介质(光纤261)传输的光信号可以藉由镜面206而导向该些光信号，并进一步被光接收元件211所接收。镜面206可以被制作而直接整合于光学平台200或载板210之中。

载板210可以藉由一粘着材料(例如：环氧树脂)而附着于光学平台200的第二凹槽部分202之上，如图4所示。印刷电路板220可以进一步附着于藉由一粘着材料(例如：环氧树脂)而附着于光学平台200的第一凹槽部分201之上，如图5所示。如图5所示，印刷电路板220具有电线焊接垫224、224a以及焊线垫225形成于其上。焊接垫224a用于电性连接该连接头230。连接头230的导电端231可以焊接于印刷电路板220的焊接垫224a之上，如图6所示。焊接垫224a也可以直接插入外部连接器(receptacle)，不需通过连接头230。电线焊接垫224用于电性连接电线240a与240b。电线240a与240b的导电端可以焊接于印刷电路板220的焊接垫224之上，如图6所示。焊线垫225用于电性连接载板210上的导线217与218，例如藉由一打线制程来电性连接。在一实施例中，印刷电路板220具有至少IC 221或至少一被动元件222配置于其上。

在一实施例中，光学套接件250包括一光纤连接部分与一光学平台连接部分用以分别连接光纤元件260与光学平台200，如图6所示。光学套接件250可以作为一外部的光学传输介质(光纤)的连接部分。上述接收孔洞从光纤连接部分的前表面而延伸穿过光学平台连接部分的后表面。在一实施例中，光纤连接部分与光学平台连接部分为一体成型。

光学平台连接部分包括一导引孔形成于其中以用于接收导引梢207。光学平台200也包括导引梢207。如图3所示，导引梢207可以接合/嵌入于光学平台连接部分的导引孔之中。于图3之中，导引梢207配置相邻于光学平台200的透镜阵列205的侧边。在一实施例中，导引孔延伸穿过光学平台连接部分，或穿过从光纤连接部分的前表面至光学平台连接部分的后表面。当导引梢207匹配光学平台连接部分的导引孔时，光学平台200的导引梢207对准光学平台连接部分的导引孔，以利于对准与连接光学套接件250的光学平台连接部分以及光电转换模块的光学平台200。在一实施例中，导引梢207与光学平台200一体成型。在另一实施例中，导引梢207与光学套接件250一体成型，而光学平台200具有导引孔以用于接合光学套接件250。在一实施例中，光学平台200利用一射出成型制程，例如塑胶射出成型制程，以形成一第一配置区(平台)201、一第二配置区(平台)202、透镜阵列204与205、以及导引梢207。

在一实施例中，多通道光纤连接部分的长度小于10毫米(millimeters)，而多通道光纤连接部分的厚度小于3毫米，且多通道光纤连接部分的宽度小于5毫米。因此，本发明的多通道光纤连接部分的大小比传统的来得更小。

如图7所示，当载板210附着于光学平台200的第二凹槽部分202之上，透镜阵列204形成于光学平台200的凹槽部分202的底部表面之下的第四凹槽部分204a的底部表面之上，对准载板210上的光学元件(光源芯片212与光接收元件211。透镜阵列204位于载板210之下。透镜阵列205形成于光学平台200的第三凹槽部分203的底部表面之上(或之下)。镜面206位于透镜阵列204之下并位于透镜阵列205的右侧边。透镜阵列204可以用于使得光源芯片212所发射的发散光成为约略的准直光，并且此发射光由镜面206反射之后再藉由透镜阵列205来聚焦。举例而言，光源芯片212发射光穿过载板210与透镜阵列204，并藉由镜面206反射至透镜阵列205以汇聚所发射光，并且传送至外部传输介质(光纤216)，如图7所示。在另一方面，由外部装置所发射的光馈入光纤261，然后通过透镜阵列205以形成约略的准直光，并且藉由镜面206的反射而穿过透镜阵列204以聚光并穿过载板210，结果藉由光接收元件211来接收输入光，如图7所示。

复数个光纤261的后端固定于光学套接件250的光学平台连接部分的一端。光电转换模块具有一功能将从外部的电子装置或设备的一光信号(经由复数个光纤261)转换为一电信号，或经由复数个光纤261而传送一光信号至外部的电子装置或设备。

在一实施例中，ICs例如为一驱动IC、控制IC或转阻放大器芯片、或其他主动元件配置于载板之上。驱动IC可以用于驱动光源芯片(例如光电元件)以发光。

在另一实施例之中，光电转换模块具有载板210a与光学平台200a。载板210a具有一光波导部分210b与一镜面210d，而光学平台200a具有一单一透镜阵列205，如图8所示。光学平台200a具有一凹槽结构200b以利于载板210a可以配置/固定于其上，且凹槽结构200b位于光学平台200a的上侧。光学平台200a具有另一凹槽结构203位于光学平台200a的前侧。光波导部分与镜面210d整合于载板210a之中。光波导部分由一核心部分(core)210b与一包覆部分(clad)210c所形成，其中核心部分210b的折射率大于包覆部分210c的折射率。核心部分210b由可挠性材料所构成，例如高分子材料(polymer)。包覆部分210c包覆于核心部分210b之上。光波导部分用于作为一光学波导。载板210a具有一凹槽结构210e，例如V-型凹槽，其于V-型凹槽210e的一侧(内)以及光波导部分的后侧具有一光学为反射表面(镜面)210d，如图8所示。镜面210d位于光源芯片212与光接收元件211之下以用于反射从光源芯片212或光纤261而来的光信号。镜面210d具有一特定角度(例如45度角或其他角度)。载板210a的V-型凹槽210e具有一特定深度(垂直厚度)。载板210a的V-型凹槽210e的第一端构成一反射表面。V-型凹槽210e具有一第一反射表面与一第二反射表面，其中第一反射表面相对(对面)于第二反射表面。V-型凹槽210e的垂直厚度大于光波导部分的核心部分210b的厚度，而V-型凹槽210e穿透光波导部分的核心部分210b。V-型凹槽210e可以藉由一压印制程、一楔型切割制程、一激光切割制程或蚀刻制程而形成。在另一例子中，V-型凹槽210e可以藉由微影与蚀刻制程而形成。光源芯片212与光接收元件211系封装于载板210a之上。ICs 213与214可以分别通过导线217与218并藉由焊线或覆晶板封装法(flip board mounting)而电性连接至外部装置。

在本实施例之中，载板210a具有导波功能用以导光。载板210a包括一光波导部分，例如高分子材料，嵌入于载板210a之中。在一实施例之中，载板210a为一可挠性基板。

光波导部分的核心部分210b对准至透镜阵列205以用于光通信，如图8所示。此结构可以通过光波导部分以接收与传送光信号。光源芯片212所产生的光可以反射于光波导部分的一侧边的光学微反射面210d。光波导部分的核心部分210b可以允许光路经穿过其中，以利于光源芯片212所产生的光或来自于外部元件所产生的光穿过其中。光源芯片212可以发射可见光或非可见光。光源芯片212例如为一激光光源、红外光源或发光二极管(LED)。红外光存在于红外光频带中，其可以藉由激光或发光二极管所发射。

举例而言，光源芯片212与光检测芯片211位于(配置于)靠近微反射表面210d。因此，光源芯片212所发射的光信号经由V-型凹槽210e的微反射表面210d而反射，接着穿过光波导部分的核心部分210b。

光波导部分的材料与厚度可以依照实际的应用所需而选择。举例而言，光波导部分的材料包括高分子材料、介电质材料，例如聚亚酰胺。

载板210a可以藉由一粘着材料(例如环氧树脂)以附着于光学平台200a的凹槽部分200b之上，如图7与图8所示。ICs 213与214电性连接至外部装置或设备，并经由载板210a的导线217与218以沟通信号。当载板210a附着于光学平台200a之上，V-型凹槽210e面对凹槽部分200b之中的光学平台200a的上表面。

光学平台结合具有可挠性波导(光波导部分)的载板以用于光通信。此结构可以通过可挠性波导以接收与传送光信号。光源芯片所产生的光可以反射于可挠性波导的一侧边的光学微反射面。

如上所述，可挠性基板的可挠性波导(光波导部分)包括一上层包覆部分、一核心部分与一下层包覆部分。上层包覆部分、核心部分与下层包覆部分的材料并不特别的限定，其可能为例如丙烯酸树脂(acrylic resin)、环氧树脂(epoxy resin)或聚酰亚胺树脂(polyimide resin)..等。

光学微反射面设置于光路径之上而延伸于光源芯片(光电转换阵列元件)212与核心部分之间以90度偏折光路径。

载板210可以允许光路径穿越其中，以利于光源芯片212所发射光可以穿过其中，或者外部元件所发射光可以穿过其中，如图9a所示。在另一实施例中，载板210具有一穿孔220a从载板210的上表面穿透至载板210的下表面以允许光路径穿透其中，以利于光源芯片212所发射光可以穿过其中，或者外部元件所发射光可以穿过其中，如图9b所示。导电凸块(例如：焊接凸块、金属凸块或金凸块)219可以形成于导线215、216、217与218之上以用于耦接至光源芯片212、光接收元件211、ICs 213与214。光源芯片212可以发射可见光或非可见光。光源芯片212例如为一雷射光源、红外光源或发光二极管(LED)。红外光存在于红外光频带中，其可以藉由激光或发光二极管所发射。

载板之上的导线可以藉由焊线或覆晶板而电性连接至ICs或电路板以沟通信号。

上述叙述为本发明的较佳实施例。本领域技术人员应得以领会其用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的权利要求。其专利保护范围当视前附的权利要求及其等同领域而定。凡本领域技术人员，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在前述的权利要求内。