专利名称：光纤光学电路板连接器的制作方法
相关申请的交叉引用根据美国法典第35章119节(e)本申请要求享有于2000年10月31日申请的第60/244,389号美国临时专利申请的优先权。第60/244,389号临时专利申请通过参考整体地结合于此，用于所有目的。
引言本发明主要涉及用于电路板的光学连接器领域。本发明尤其涉及既有电连接器又有光学连接器的光电底板电路板。
虽然印刷电路布线图是相当成熟的技术，但是将印刷电路布线和光传播路径结合仍然处于不成熟的研制阶段。此外将电路板上的光学传播路径与板外光纤(fibers off-board)相连接的连接器仍然是一挑战。尤其是，将板外光纤与电路板上的连接器对准仍然存在可靠性问题。
因此，需要包含稳定的光学连接器的印刷电路板结构就需要将电传播和光传播可靠地集成。
本发明另一方面是一种用于形成具有嵌入式光学连接器的光电多层电路板。
本发明还有一个方面是将光学连接器嵌入多层电路板内，该多层电路板使用一导向板和插销以将该光学连接器与电路板的各层对准。
本发明的再一方面是既有电连接器又有光学连接器的光电底板。
本发明的一个具体实施例是使用于电光板的光学连接器。该光学连接器包含一个具有一个或多个第一光程和一个或多个第二光程的直角中间体(interface body)。各第一光程对应于相应的第二光程，并且第一光程设置在第一平面，并且一个或者多个第二光程设置在第二平面。第一平面与第二平面基本上彼此为直角。光学连接器还包含凹形自对准体，该凹形自对准体具有一基本上与第一平面相对准的锥形孔(channel)。该光学连接器还进一步包含锥形的凸形自对准体，该锥形的凸形自对准体的尺寸做成紧密地装配在凹形自对准体的锥形孔内，并且当锥形的凸形自对准体与凹形自对准体啮合时，该光学连接器具有一个或多个适于与第一光程对准的第三光程。第三光程适于用于连接至设置在光电板外面的一个或者多个光纤。第二光程适于用于连接至嵌入在光电板内的光纤。
本发明的另一实施例是将光学连接器集成于光电板的方法，该光学连接器包含一个直角中间体，一个具有锥形孔的凹形自对准体，以及一个锚体。该方法包含的步骤有将直角中间体连接至由一根或多根光纤组成的一组光纤，以及将直角中间体和该单根或多根光纤嵌入到光电板内。该方法包含的步骤还有在光电板内形成一个孔以曝露该嵌入的直角中间体的上表面，将该锚体牢固地固定在该孔周围，以及通过该锚体和该孔插入凹形自对准体以使锥形孔与该嵌入的直角中间体对齐。
本发明的再一个实施例为光电底板(back plane)。该电光底板包括一个由多根光纤、一电气总线电路以及一板构成的光纤管理系统，其中该光纤管理系统以及该电气总线电路是嵌入在该板内。该光电底板还进一步包含多个设置在该板上的光学连接器，各光学连接器连接到该光纤管理系统的多根光纤中的一根或者多根。此外，该光电底板包含多个设置在该板上的多个电连接器，每个电连接器连接至该电气总线电路。每一光学连接器包含一个直角中间体，该直角中间体嵌入到板内以连接至光纤管理系统的一根或多根光纤，一个牢固地固定于该板表面的锚体，以及一个具有锥形孔的凹形自对准体。该凹形自对准体由锚体支撑以便使该锥形孔与直角中间体的上表面对齐。
图1表示根据本发明一个实施例的光学连接器零件的剖视分解图。
图2表示根据本发明一个实施例的直角中间体的透视图。
图3表示图2中的直角中间体的剖视图。
图4表示图2中的直角中间体的另一剖视图。(与图3的剖视图成直角)图5表示根据本发明一具体实施例的用以构成多层印制电路板的各薄片层(lamination layer)的初始预装示意图。
图6表示根据本发明的方法实施例的多层电路板的后薄片的横断面剖视图。
图7表示多层电路板的横断面剖视图，该多层电路板表示本发明一方法实施例的加工步骤。
图8表示多层电路板的横断面剖视图，该多层电路板表示本发明方法实施例的连接器的装配步骤。
图9表示多层电路板的横断面剖视图，该多层电路板表示本发明方法实施例的另一连接器的装配步骤。
图10表示锚体和凹形自对准体之间的棘轮界面的横断面详图，凹形自对准体构成凹形连接器部分。
图11表示根据本发明一实施例的一完全装配好的连接器的部分剖面图。
图12根据本发明一实施例的电光底板的示意图。
光学连接器的外壳部件优选地由高玻璃化温度材料构成。一直以来认为聚醚酰亚胺树脂，以及ULTEM树脂(通用电气公司的一种产品)是本发明的合适的外壳材料。
直角中间体130嵌入在多层电路板内。凹形连接器部件120安装在多层电路板的表面，其低端部分向下延伸入电路板以连接直角中间体130。微加工光学导体组件132布置在集成镜134上，该集成镜为穿过该连接器的光提供90°的转换。该反射光也穿过另一微加工光学导体组件136，该微加工光学导体组件连接于嵌入在多层电路板内的多根光纤140。
根据本实施例的光学连接器100的光学部件为在凹形连接器部件120的锥形孔124内的弹簧加载门122。弹簧加载门122提供两项功能。第一种功能为其防止碎屑落在连接器内并污染直角中间体130顶部上的光学界面131。第二种功能为当凸形连接器130没有插入到凹形连接器120时，弹簧负荷门122防止光通过凹形连接器120的锥形孔124散发。
通过锁定连接器124，凹形连接器部件120牢固地保持在该多层电路板的表面，该锁定连接器插入到通过多层电路板形成的孔中。
板外光纤150连接到凸形连接器110内以与微加工光学导体组件112处于光连通。除凸形连接器和凹形连接器110，120相匹配的锥形提供的自对准特征外，通过从凸形连接器部件延伸的对准插销114也提高了光学连接器的对准精度，该凸形连接器与形成在直角中间体130顶侧的精密加工对准孔(该图中没有示出)相互交错。
参见图2，其表示的为直角中间体130的透视图。精确对准孔138设置在光学导体组件的两端。多个光学导体137(优选的为玻璃纤维)嵌入在硅体139内以形成该光学导体组件132。该光学导体部件主要由硅构成。业已发现，MT型光学连接器器件适于上述组件。
参见图3，其表示图2直角中间体130的截面视图。锚部件135从直角中间体130的底侧向下延伸以提供多层电路板内的加强的机械稳定性。
参见图4，其表示图2的直角中间体130的另一截面视图。多根玻璃纤维137经微加工光学导体组件132从集成镜134向上延伸。
参见图5，其为初始预装示意图，表示用于构成多层印刷电路板各薄片层的相对位置。一层表示根据现有技术的电内层502。提供一对准板504以在结合期间保持板结构平整并有对准孔以对准和固定光学连接器。在薄片层504上提供一个预浸渍层506，用于固定和嵌入光学管理结构。在直角中间体530附近，薄片层508构成光纤管理系统540的圆周，该光纤管理系统的圆周向外传送以弥补厚度差。附着的铜带512成层状结构在直角中间体530的顶部表面上以在随后的加工步骤中保护玻璃纤维、对准孔以及其它的周围结构。铜带512通过粘结剂粘接在直角中间体530的顶部表面。优选地，该粘结剂能够经受至少210℃的温度，并且当铜带512稍后被除去后，该粘结剂不会留下多余的残留物。外部铜箔510作为顶层在附加薄片层514之上。优选地，外部铜箔的厚度为18微米。
电路板各层可由任何已知的适合的材料构成。标准的电路板材料可从许多制造商买到，包括如英国的伊索拉(Isola)，加利福尼亚州富勒顿的尼儿科产品公司(Nelco Products，Inc.)，以及新罕布什尔州富兰克林的波利科拉德薄片厂(Polyclad Laminates)。
参见图6，其表示叠合后的多层电路板600的截面视图。所示的直角中间体530连接于光纤管理系统540，二者均嵌入到多层印制电路板600内。作为整个光学连接器的基本对准部件，直角中间体530通过对准板504对准到电路板600。通过将锚部件539固定到对准板504内，对准板504将整个光学连接器对准并固定于印刷电路板600的电布线图。通过使用传统的Lenkheit系统，对准板504对准到多层印制电路板600的其它层。
通过锚部件539将直角中间体530与对准板504的相互锁定，在板的x-y轴平面和沿z轴对准光学连接器。
应当注意到，直角中间体530具有成一定角度的侧壁531。该些成角度的侧壁531具有双重目的。具有成角度的侧壁531的一个原因是用激光清洁中间体530周围的工作更加便利，激光用作烧蚀掉中间体530之上的板层。成角度的侧壁第二个有用的目的是为凹形连接器提供良好的对准。
参见图7，图7示出板上的加工步骤完成后的多层印刷电路板600。通过板600钻的孔602用以将凹形连接部件920连接至板的表面。孔604加工在板600的上表面，并且这样是为曝露直角中间体530。外部铜箔层510也被蚀刻以提供传导路线。同时，直角中间体530顶部的铜带512可剥离以及直角中间体530的顶部表面也可被清洁。保护性铜带512一直留在直角中间体530的顶部表面直至板600通电加以测试并最终被检查。
参见图8，其表示装配凹形连接器部件的第一步。锚体822是通过将其锚824插入到钻在板600内的孔602以牢固地啮合到板600的表面。
参见图9，其表示装配凹形连接器部件的第二步。凹形自对准体924受到向下的力穿过锚体822，并且进入到板600中向外加工的孔604内直至其与嵌入的直角对准体530对准。
参见图10，其表示锚体822与凹形自对准体924之间的介面详图。锚体822通过单向的防倒转的棘齿与凹形自对准体924啮合。
参见图11，其表示完全装配好的光学连接器1100的部分截面视图。凸形自对准体910向下插入到凹形自对准体920(由锚体822和凹形自对准体924共同构成)以引导凸形连接器部件与直角对准体530的顶部表面精确对准。为确保凸形连接器部件910的光程与直角对准体530的光程精确连接，凸形连接器部件910的对准插销914与直角对准体530的精确加工孔538啮合。
参见图12，其表示根据本发明一实施例的光电底板1200。底板1200具有一光学载体1210(优选为光纤管理系统)，该光学载体嵌入有一定数量的根据本发明具体实施例的光学连接器1220。为将印刷电路板1230结合到电光底板1200，光学连接器1220与电连接器1222邻接。经电连接器1222和其相应的光学连接器1220，使用板1230上的各单独的光纤1224放置在光电底板1200中，印刷电路板1230与电光底板1200接合在一起。也可仅仅将光学器件1250插入到底板1200内。例如，图示的光学开关1252单独地连接到光学连接器1220，分束器耦合装置1254也是单独地连接到光学连接器1220。
尽管本发明根据优选实施例描述如上，但是应当认识到上述具体实施例可具有各种变化和改进的形式，而并不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于光电板的光学连接器，该光学连接器包括一个具有一个或者多个第一光程和一个多个第二光程的直角中间体，每一个第一光程对应于各相应的第二光程，其中该第一光程设置在第一平面以及该一个或多个第二光程设置在第二平面，该第一平面与该第二平面基本上彼此相对为直角；一个具有一锥形孔的凹形自对准体，该锥形孔基本上与第一平面对准；以及一锥形凸形自对准体，其尺寸大小做成紧密地配合在凹形自对准体的锥形孔中，并且具有一个或多个第三光程，当该锥形凸形自对准体与凹形自对准体接合时其适于与该第一光程对准；其中该第三光程适于连接于设置在光电板外面的一个或者多个光纤，并且其中，该第二光程适用于连接于嵌入在该光电板内的光纤。
2.如权利要求1所述的光学连接器，还进一步包含一个适于牢固地接合于该凹形自对准体外部表面以及适于固定于光电板表面的锚体。
3.一种将光学连接器集成于光电板内的方法，包括一直角中间体，一具有锥形孔的凹形自对准体，以及一锚体，该方法包含将直角中间体连接于由一个或多个光纤构成的一组光纤；将直角中间体以及该一个或多个光纤嵌入到该光电板；在光电板内形成一孔以曝露嵌入的直角中间体的上部表面；将锚体牢固地固定在孔周围；以及将凹形自对准体插入该锚体和该孔中以将该锥形孔与该嵌入的直角中间体对准。
4.如权利要求3所述的方法，其中一个或多个光纤构成一光纤管理系统。
5.一种电光底板，包括一个由多个光纤构成的光纤管理系统；一个电总线电路；一个板，其中该光纤管理系统以及该电总线电路嵌入在该板内；多个设置在该板上的光学连接器，每一光学连接器连接于该光纤管理系统的多个光纤的一个或多个；以及设置在该板上的多个电连接器，每一电电连接器电连接于该电总线电路；其中每个光学连接器包括一直角中间体，其嵌入到该板中，该板用于连接到该光纤管理系统的一个或多个光纤；一锚体，其牢固地固定在该板的表面，以及一凹形自对准体，其具有一锥形孔，其中该凹形自对准体通过该锚体固定以便该锥形孔与该直角中间体的上表面对准。
全文摘要
一种在多层光电电路板内使用的光学连接器。光电底板电路既使用电连接器也使用光学连接器以传输电信号和光信号。光学连接器运用多种对准部件以在板内的插连接器和电光底板之间提供可靠的连接。一种形成底板和其他多层电路板以露出嵌入的光学连接器的方法。
文档编号G02B6/30GK1471648SQ01817855
公开日2004年1月28日 申请日期2001年10月29日 优先权日2000年10月31日
发明者A·A·M·J·托尔内, A A M J 托尔内 申请人:惠亚集团公司