双向光收发器的制作方法

专利名称：双向光收发器的制作方法
技术领域：
下面的描述涉及双向光收发器，尤其是，涉及防止在双向光收发器中热的、电的或
光的串扰的技术，该双向光收发器用一条光线路提供接收和传输。
背景技术：
在无源光网络中，诸如千兆P0N(GP0N)，以太P0N(EP0N)，波分复用P0N(WDP0N)等 等，光网络单元(0NU)和光线路终端(OLT)均包括光传输模块和光接收模块。双向光收发 器是这样的装置，其中光传输模块和光接收模块封装为一体来通过一条光线路进行传输和 接收。 图l示出了常规的TO-can型的双向光收发器。如图1中示出的，在双向光收发器 中，光传输模块10，光接收模块20和光线路30被排列为T型的形状，光学系统40定位于具 有0型的形状的外壳50的中央。 光传输模块10包括激光二极管11和监测二极管12，光接收模块20包括光电二极 管21和预放大器22，光线路30可以是适合于接收/传输光信号的光纤，光学系统40包括 倾斜45度的光滤波器41，第一透镜42，第二透镜43和第三透镜44。 从光传输模块10的激光二极管11传输的光束通过第一透镜42被转换为准直光， 其被输入并通过光滤波器41，并被导向第二透镜43。第二透镜43聚焦透过光滤波器41的 准直光并将聚焦光束输出到光线路30。光束从外部通过光线路30被传输，以便光信号被传 输。 同时，通过光线路30接收的光束通过第二透镜43被转换为准直光并输入到光滤 波器41，然后准直光被光滤波器41反射至第三透镜44。第三透镜44聚焦光滤波器44反 射的准直光并将聚焦光束输出到光接收模块20的光电二极管21。光束被光电二极管21进 行光电变换并被电压放大并被预放大器22输出，以便光信号被接收。 此时，光传输模块10的监测光电二极管12实时监测激光二极管11的光输出并输 出光监测信号至外部驱动电路(未示出)，该外部驱动电路根据光电二极管12的光输出监 测信号来控制激光二极管11的输入电流，如此来保持激光二极管12的光输出在一个稳定 的水平。 TO-can型双向光收发器接收根据外部驱动电路的直接调制方法调制的电流信号 并根据接收的电流信号完成开/关操作。此时，由于驱动电路的驱动电流通过印刷电路板 (PCB)上的传输线路被传输到激光二极管ll，光传输模块10的电子装置安装在该印刷电路 板上，并且通过该TO-can型双向光收发器的引线，该电流转换路径在考虑焊接面积的情况 下会达到10mm以上。 相应地，在外围的传输线路和电路间产生电流泄露，电串扰和等等情况，这使得超 过10Gbps的高速调制产生困难。因此，为了达到高速传输并防止电流泄露和电串扰，驱动 电路必须被放置的靠近该双向光收发器的激光二极管11。 然而，常规的TO-can型双向光收发器具有圆柱结构，在该结构中，其中包括激光二极管的外壳不能有效将内部产生的热量转移到外部热沉。相应地，本发明人已对具有堆
叠结构的双向光收发器进行了研究，通过改进散热特性使其能防止热和电串扰。 发明概述 下面的描述涉及具有多层基板的双向光收发器，其能够防止热、电或光串扰。
下面的描述还涉及具有多层基板双向光收发器，其能够通过在其中安装的驱动光 传输模块的驱动电路的高速调制来实现高速传输。 下面的描述还涉及具有减少封装成本和制造时间的双向光收发器，这使得量产和
小型化更为有效，通过将光具座(optical bench)和多层基板实施为堆叠结构，在该光具座
中安装了光学系统和光传输模块，在该多层基板中安装了光接收模块和驱动电路。 按照示例性的方面，提供一种双向光收发器，其包括光学系统，用来将光束传输
至光纤/从光纤接受光束；光具座，其具有容纳部分用于安装该光学系统于其上，且在其
上安装光传输模块以发射水平光束至光学系统；多层基板，其中在不同层中安装了接收来
至光学系统的垂直光束的光接收模块和驱动光传输模块驱动电路，且其上分开安装了光具座。 双向光收发器进一步包括热吸收单元，其位于多层基板的下方以吸收由光传输模 块或驱动电路产生的热。 双向光收发器进一步包括散热通孔，其位于光传输模块和热吸收单元之间或者位 于驱动电路和热吸收单元之间，转移由光传输模块或驱动电路产生的热至热吸收单元。
该多层基板包括多个绝缘空间，分别在其中容纳该光接收模块和该驱动电路，从 而热隔离光接收模块和驱动电路。 同时，在该双向光收发器中，通过结合边缘滤波器和带通滤波器来构建该光滤波 器，可以防止该光传输模块和该光接收模块之间的光串扰。 相应地，通过将光具座和多层基板实施为堆叠结构，可以防止热、电或光串扰，在 该具座中，安装了光学系统和光传输模块，在该多次基板中安装了光接收模块和驱动该光 传输模块的驱动电路。 同样地，通过封装驱动该光传输模块的驱动电路于双向光收发器中，实现了高速 调制和高速传输。 更另外，通过将光具座和多层基板实施为堆叠结构，可以减少封装成本和制造时
间，这使得量产和小型化更为有效，在该具座中，安装了光学系统和光传输模块，在该多次
基板中安装了光接收模块和驱动该光传输模块的驱动电路。 其他目的、特征和优势将会从下面的描述、图和权利要求中显见。


图1示出了常规T0-can型双向光收发器。 图2为示例性的实施方式的双向光收发器的截面图。 图3为示出了双向光收发器的堆叠结构的分解透视图。 图4为的示出了包括于双向光收发器中的光学系统的构成的分解透视图。 元件、特征和结构贯穿附图和具体描述通过相同的附图标记来指代，且附图中一
些元件的尺寸和比例为了清晰和方便可能被夸张。
具体实施例方式
具体描述被提供以帮助读者获得在此描述的该方法、装置和/或系统的全面理 解。在此描述的各种该系统、装置、和/或方法的变化、修改、和等同物将可能对于本领域的 技术人员而言是自谕的。同样地，总所周知的功能和结构被省略以增加清晰和简明。
图2为示出了根据示例性的实施方式的双向光收发器的截面图，且图3为示出了 双向光收发器的堆叠结构的分解透视图。如图2和图3所示，该双向光收发器包括光学系 统100、光具座200和多层基板300。 该光学系统100传输光束至光线路或从光线路接收光束。在其上安装光学系统 100的容纳部分210形成于该光具座200中，和输出水平光束至光学系统100的光传输模块 220安装于光具座200上。 在该多层基板300中，从光学系统100接收垂直光束的光接收模块310和驱动光
传输模块220的驱动电路320安装在不同层，且光具座200在该多层基板300上被隔开。 因为该驱动电路320必须被安装的靠近该光传输模块220以便使高速传输成为可
能，且该光接收模块310必须与该光学系统100分开预定的距离以保证从该光学系统输出
的光束的聚焦距离，所以该光接收模块310和该驱动电路320安装在不同层上。 例如，该光传输模块220包括输出传输光束的激光二极管221，和实时监测该激光
二极管221的监测光电二极管222，由此将光输出监测信号输出至该驱动电路320。 例如，该光接收模块310包括光电转换从该光学系统100输出的垂直光束的光电
二极管311，和电压放大被光电二极管311光电转换的信号的预放大器。 从该光传输模块220的该激光二极管221传输的光束被该光学系统100传输并导
向该光线路，然后光束作为光信号穿过该光线路并向外发射。 同时，通过该光线路接收的光束通过该光学系统100被反射并导向该光接收模块 310的该光电二极管311，然后光束被该光电二极管311进行光电转换且被该预放大器312 进行电压放大，使得所得的光束作为光信号被接收。 此时，该光传输模块220的该监测光电二极管222实时监测该激光二极管221的 该光输出并将光输出监测信号作为监测结果输出至该驱动电路320。驱动电路320根据该 光输出监测信号控制该激光二极管221的输入电流，如此将该激光二极管221的该光输出 保持在一稳定水平。 如图2所示，该双向光收发器包括驱动该光传输模块220的驱动电路320，其中光 传输模块220安装在该光具座200上，且该驱动电路320安装在该多层基板300上。
由此，由于易受局部温度上升影响的该光传输模块220和具有高耗能的该驱动电 路320被隔开地设置在不同层上，可以防止由于邻近设置该光传输模块220和该驱动电路 320而产生的热或电串扰。 例如，该光具座200可由具有出色热扩散性的硅制成，该多层基板300可形成为多 个基板的堆叠结构，每个基板由具有高电阻的低温共烧陶瓷(LTCC)制成。在该情形，该光 具座200的出色的热扩散性有助于易受局部温度上升影响的该光传输模块220的散热，该 多层基板300的高电阻更有效的防止了当该驱动电路320具有高耗能时的电串扰。这样的 热或电串扰影响该光传输模块220的光输出，诸如改变该光输出的波长，因而损害信号的质量。 同时，通过引线的电流泄露延迟了传输线路上的充电和放电，降低了调制速度并 因而损害了传输速度。然而，由于根据该当前实施方式的双向收发器在其中包括了驱动该 光传输模块220的该驱动电路320，引线的长度可被最小化，因而减短了传输线路的总长 度，且因此通过该引线的电流泄露减小，这允许了高速调制和高速传输。
同样地，在该双向收发器中，由于其中安装有该光学系统100和该光传输模块220 的该光具座200，和其中安装有该光接收模块310和该驱动电路320的该多层基板300，被 实施为堆叠结构，与"非堆叠"(non-stacked)结构即平面布局相比，封装成本和制造时间可 被减少，这进一步使得量产更有成本效率。同样地，这样的堆叠结构允许形成三维的封装且 有助于实现小型化的高集成。 同时，根据另一示例性的实施方式，该双向收发器进一步包括热吸收单元400。该 热吸收单元400被置于该多层基板300之下，并吸收由该光传输模块220或该驱动电路320 产生的热。 即，根据该当前实施方式，为了高效散热通过使该热吸收单元400吸收由该双向 收发器内部产生的热，可进一步防止损害光输出特性和波长稳定性的热或电串扰。
同时，根据另一示例性的实施方式，该双向收发器进一步包括第一散热通孔500。 该第一散热通孔500被置于该光传输模块220和该热吸收单元400之间，并转移由该光传 输模块220产生的热至该热吸收单元400。 即，根据该当前实施方式，通过在该光传输模块220和该热吸收单元400之间设置 该第一散热通孔500来通过该第一散热通孔500快速转移由该热发射模块220产生的热至 该热吸收单元400，并因而向外散热，可实现更有效的散热。另外，由于该第一散热通孔500 设置以透过该多层基板300，热转移效率变得更为显著。 同时，根据另一示例性的实施方式，该双向收发器进一步包括第二散热通孔600。 该第二散热通孔600被置于该驱动电路320和该热吸收单元400之间，且转移由该驱动电 路320产生的热至该热吸收单元400。 即，根据该当前实施方式，通过在该驱动电路320和该热吸收单元400之间设置该 第二散热通孔600来转移由该驱动电路320产生的热至该热吸收单元400，并因而通过该热 吸收单元400向外消热，可实现更有效的散热。另外，由于该第二散热通孔600设置以透过 该多层基板300，热转移效率变得更为显著。 同时，根据另一示例性的实施方式，该双向收发器进一步包括信号转移通孔700。 因而，改进的信号传输可通过位于该光传输模块220和该驱动电路320之间的该信号转移 通孔700来进行。 即，根据该当前的实施方式，通过形成该信号转移通孔700以透过彼此分开的该 光具座200和多层基板300，以便防止由于邻近设置该光传输模块220和该驱动电路320而 产生的热或电串扰，并通过该信号转移通孔700在该光传输模块220和该驱动电路320之 间进行信号传输，引线的长度被最小化以减小通过引线的电流泄露，传输信号的高速调制 成为可能，且加上由于该信号转移通孔700透过该多层基板300，可实现出色的绝缘特性。
同时，根据另一示例性的实施方式，该多层基板300包括多个绝缘空间330以分别 在其中容纳该光接收模块310和该驱动电路320，并热隔离该光接收模块310和该驱动电路320。 S卩，根据该当前实施方式，通过在该多层基板300中形成相互热隔离的多个绝缘 空间330，并在该绝缘空间330中分别安装该光接收模块310和该驱动电路320，由该驱动 电路320产生的热可被有效阻断以最小化转移给该光传输模块220或光接收模块310的 热，并因而进一步提高热阻断效率。 同样地，由于该光接收模块310、驱动电路320和光接收模块220因该多层基板 300的热特性、电特性和高电阻特性而均被该绝缘空间330电隔离，这样可减小在该光接收 模块310中由来自该驱动电路320的开/关信号形成的串扰导致的噪声。
同时，根据另一示例性的实施方式，该双向光收发器可进一步包括无源元件800， 无源元件800位于该多层基板300的层之间，在该光传输模块220(或该光接收模块310) 和该驱动电路320之间进行阻抗匹配或噪声过滤。这里，该无源元件800可在考虑了形成 于该多层基板300上的传输线路的厚度、宽度和介电系数以及每层的图案的宽度和间隔等 等的情况下适当进行选择。 S卩，根据该当前实施方式，在该多层基板300的层之间安装无源元件800，例如电 阻器、电容器、电感器等，用于阻抗匹配或噪声过滤，被这样的无源元件占用的区域的尺寸 可与常规的"非堆叠"(non-stacked)结构即平面布局相比减小，和其制造工艺可被简化。
同时，根据另一示例性的实施方式，该光学系统100可包括光滤波器110、第一透 镜120、第二透镜130和第三透镜140。 该光滤波器110透过准直光来传输和在垂直方向反射所接收的准直光。 该第一透镜120转换从该光传输模块220输出的水平光束为准直光，且转移该准
直光至该光滤波器110。 该第二透镜130转换从光线路接收的光束为准直光，且转移该准直光至该光滤波
器iio，并聚焦该光滤波器110传输的该准直光并转移该聚焦光束至该光线路。 该第三透镜140聚焦从该光滤波器110反射的该准直光并以垂直光束输出该聚焦
光至该光接收模块310。 从该光传输模块220的该激光二极管221传输的光束被该光学系统100的该第一 透镜120转换为准直光，然后输入至该光滤波器110，透过该光滤波器110并然后被导向该 第二透镜130。该第二透镜130聚焦透过该光滤波器110的该准直光并将该聚焦光束导引 向该光线路。该光束通过该光线路向外传输，以便传输光信号。 同时，通过该光线路接收的光束被该第二透镜130转换为准直光并然后被输入到 该光滤波器110，并被该光滤波器110在垂直方向反射并然后输出至该第三透镜140。该第 三透镜140聚焦被该光滤波器110反射的该准直光并输出该聚焦光束至该光接收模块310 的该光电二极管311。该光束被该光电二极管311进行光电转换，被该预放大器312进行电 压放大并然后输出，以便接收光信号。 同时，按照另一示例性的实施方式，该光学系统100的该光滤波器110，如图4所 示，可包括其倾斜面相互面对的第一和第二棱镜111和112，边缘滤波器113和带通滤波器 114。图4为示出了包括在该双向收发器中的该光学系统100的构成的分解透视图。
该边缘滤波器113形成于该第一棱镜111的倾斜面上，面对该第二棱镜112。该边 缘滤波器113透过从该第一透镜120接收的准直光并在垂直方向反射从该第二透镜130接收的准直光，从而改变光的路径。 该带通滤波器114形成于该第二棱镜112的表面上，面对该第三透镜140。该带 通滤波器114仅透过被该边缘滤波器113在垂直方向反射的该准直光中的特定波长范围的 光，从而从光中移除光噪声。 S卩，根据该当前实施方式，通过在该第一棱镜111的面对该光滤波器110的该第二 棱镜112的倾斜面上放置该边缘滤波器113以改变通过该边缘滤波器113的传输光和接收 光的路径，且在该第二棱镜112的面对该第三透镜140的表面放置该带通滤波器114以选 择性的通过该带通滤波器114传输仅特定波长范围的光并因而移除噪声，可防止该光传输 模块220和该光接收模块310的光串扰。 同时，根据另一示例性的实施方式，该光学系统100的该光滤波器110可进一步包 括抗反射涂层115。该抗反射涂层115形成于该第一棱镜111的面对该第一透镜120的表 面或者形成于该第二棱镜112的面对该第二透镜130的表面，以便最小化光反射。
S卩，根据该当前实施方式，通过在该第一棱镜111的面对该第一透镜120的表面或 者在该第二棱镜112的面对该第二透镜130的表面形成该抗反射涂层115，以防止传输光或 者接收光被反射，光串扰被最小化。 同时，根据另一示例性的实施方式，该光具座200的该容纳部分210可具有第一容 纳部211、第二容纳部212、第三容纳部213和插入开口 214，第一容纳部211容纳和固定该 光滤波器IIO，第二容纳部212容纳和固定该第一透镜120、第三容纳部213容纳和固定该 第二透镜130，通过插入开口 214插入该第三透镜140。 S卩，根据该当前实施方式，通过在形成于该光具座200的该容纳部分210的该第一 容纳部211、第二容纳部212、第三容纳部213和插入开口 214中，分别固定的安置形成光学 系统100的光滤波器110、第一透镜120、第二透镜130和第三透镜140，使得光滤波器110、 第一透镜120、第二透镜130和第三透镜140不彼此相对移动，可实现高精度的光轴对准。
同时，根据另一示例性的实施方式，该双向光收发器可进一步包括多个焊料球 900，其用于焊接该光具座200和该多层基板300，用以使该光具座200从该多层基板300隔 开。 相应地，由于这些焊料球900，该光具座200与该多层基板300热隔离，因而防止了 其间的热串扰。同样地，这些焊料球900用作引线来电连接安装于该光具座200上的该光 传输模块220和安装于该多层基板300中的该驱动电路320。 如上所述，在该当前实施方式的双向光收发器中，通过以堆叠结构实施该光具座 200和多层基板300，在该光具座200中安装该光学系统100和该光传输模块220，在多层基 板300中安装该光接收模块310和该驱动电路320，同时封装驱动该光传输模块220的该驱 动电路320于该多层基板300中，热、电或光串扰被防止，通过高速调制高速信号传输变为 可能，且小型化可被实施。 同时，该双向光收发器被通过该外壳1000封装用以形成封闭环境。图2的附图标 记2000指代光线路例如光纤，且在贯穿整个说明书中所提及的术语"串扰"意为发生在两 个或更多毗邻信号之间的热、电或光干扰的现象。 对于上述的该发明的示例性的实施方式的各种各样的修改对于本领域的技术人 员而言是明显的。然而，只要修改落入所附权利要求及其等同物范围内，就不得被误解为偏离该发明本身的范围'
权利要求
一种双向光收发器，包括光学系统，传输光束至光纤/从光纤接收光束；光具座，具有容纳部分以在其上安装该光学系统且在其上安装有发射水平光束至该光学系统的光传输模块；和多层基板，其中从该光学系统接收垂直光束的光接收模块和驱动该光传输模块的驱动电路被安装于不同层且该光具座被分开安装于其上。
2. 如权利要求l所述的双向光收发器，进一步包括位于该多层基板下方的热吸收单 元，以吸收由该光传输模块或该驱动电路产生的热。
3. 如权利要求2所述的双向光收发器，进一步包括位于该光传输模块和该热吸收单元 之间的第一散热通孔，以转移由该光传输模块产生的热至该热吸收单元。
4. 如权利要求2所述的双向光收发器，进一步包括位于该驱动电路和该热吸收单元之 间的第二散热通孔，以转移该驱动电路产生的热至该热吸收单元。
5. 如权利要求1所述的双向光收发器，进一步包括位于该光传输模块和该驱动电路之 间的信号传输通孔，以传输信号。
6. 如权利要求1所述的双向光收发器，其中该多层基板包括多个绝缘空间，以在其中 分别容纳该光接收模块和该驱动电路，以便将该光接收模块与该驱动电路热隔离。
7. 如权利要求1所述的双向光收发器，进一步包括安装于该多层基板的层之间的无源 元件，以进行该光传输模块或该光接收模块和该驱动电路之间的阻抗匹配或噪声过滤。
8. 如权利要求1所述的双向光收发器，其中该光学系统包括 光滤波器，透过被传输的准直光及在垂直方向反射被接收的准直光； 第一透镜，转换从该光传输模块发射的该水平光束为准直光并转移该准直光至该光纤；第二透镜，转换从该光纤接收的光束为准直光并转移该准直光至该光滤波器，并聚焦 由该光过滤器传输的该准直光，并以光束输出该聚焦光至该光滤波器；禾口第三透镜，聚焦由该光滤波器反射的该准直光，并以垂直光束输出该聚焦光至该光接 收模块。
9. 如权利要求8所述的双向光收发器，其中该光滤波器包括 其倾斜面彼此互相面对的第一棱镜和第二棱镜；边缘滤波器，形成于该第一棱镜面对该第二棱镜的倾斜面上，以透过从该第一透镜接 收的准直光并在垂直方向反射从该第二透镜接收的准直光，以改变光路；禾口带通滤波器，形成于该第二棱镜的面对该第三透镜的表面，以仅透过被该边缘滤波器 在垂直方向反射的该准直光中特定波长范围的光，以从该准直光中去除光噪声。
10. 如权利要求9所述的双向光收发器，其中该光滤波器进一步包括抗反射涂层，形成于该第一棱镜的面对该第一透镜的表面或该第二棱镜的面对该第二透镜的表面，以最小化 光反射。
全文摘要
公开了一种双向光收发器。在该双向光收发器中，通过以堆叠结构实施光具座和多层基板，防止了热、电或光串扰，在光具座中安装有光学系统和光传输模块，和在具有良好的热特性、电特性和高电阻特性的多层基板中安装有光接收模块和驱动该光传输模块的驱动电路，因此传输信号的高速传输通过高速调制成为可能，且小型化被实现。
文档编号G02B6/42GK101713850SQ20091020572
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年10月2日
发明者姜贤绪, 李钟辰, 高在相 申请人:韩国电子通信研究院