TWI581028B - 具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法 - Google Patents

Description

具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法

本發明係為一種光學次模組之組裝結構及其組裝方法，尤指一種功能晶片設置在基板上且與被動式對準耦光(passive alignment)合併之光學次模組組裝結構。

近年來，伴隨著基幹迴路之基礎建設配備之擴充，光通訊市場中係著眼於：用戶迴路之設備、及連接用戶側迴路及基幹迴路之設備的整備上。具體上係以期待，部會區網路、接取系統、及學校或公司內之區域性網路(LAN)之充實，以及網路服務提供者內之伺服器或路由器之高速化、大容量化等。

而在光電通訊領域中所稱之光學次模組(OSA，Transceiver Optical Sub-Assembly)，可隨功能元件之不同而大致被區分為發射器光學次模組TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)及接收器光學次模組ROSA(Receiver Optical Sub-Assembly)兩種。其中，TOSA乃是提供自功能元件到光纖之光路徑，例如從半導體雷射元件到光纖、或是從發光二極體元件到光纖，使電訊號(Electrical Signal)得以轉換成光並經過透鏡而聚焦在光纖內再傳輸。至於ROSA則是提供由光纖到光檢測器之光路徑，使來自光纖的光被聚焦於接收器上並轉換成電訊號。此外，也有將TOSA與ROSA兩者合而為一的雙向式(Bi-Directional)或雙工式(Duplex)的光學次模組。無論是TOSA、ROSA或是雙向式的光學次模組，其大體上均是由一殼體與一功能元件相結合所構成。功能元件提供了雷射光源或是光接收器之功能，而殼體則是提供了與外界之光纖(或光纖接頭)相結合並使光纖和功能元件進行光線訊號耦合的結構。由於目前業界於光學次模組的設計製作上，因功能元件封裝精度所衍生的焦距及發射角問題，使得實際生產過程中需要進行殼體與功能元件之間的對焦調整工作。所以，於業界便有開發出具有兩件式殼體之光學次模組的設計，藉由將殼體拆成兩個可相互水平位移來調整相對位置的元件，以便能進行光學次模組的對焦調整工作。此為主動式對準耦光(active alignment)之光學次模組組裝結構。但此種組裝方法不僅增加了生產管理、物料準備、及組裝製程上的複雜性與難度，更拖累了生產效能且間接提高生產成本，而有待進一步改善。

尤其，學校或公司內之LAN，或者網路服務提供者內之伺服器或路由器等之光連接，被稱為非常短到達(VSR)、或互連(interconnection)。但是此等光連接係短距離用，因此期待有高速大容量之訊號傳輸。另一方面，為了期待低成本，因此雖然提倡高速，但是對例如具有10Gbps之傳輸速度之光連接所需的設備而言，昂貴的設備並不適合，因此如何去解決上述之問題，一直是業者所急迫有待尋求解決之方案以及改進之處。

本發明的目的係在於提供一種具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法，其將功能晶片設置在基板上，運用被動式對準耦光的對焦方式，以達到減少耦光時間之功效。

本發明的目的係在於提供一種具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法，其以被動式對準耦光的對焦方式，結合滑動配合或快速組裝之結構，以達到減少組裝製程，進而可提高生產效能與降低生產成本之功效。

本發明的目的係在於提供一種具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法，其非運用高成本密封封裝方式，且基座採用普及性及通用性較高之印刷電路板或導電線路板，以達到增加購料之選擇性及降低物料成本之功效。

為達上述之目的，本發明在於提供一種具有定位連接裝置之光學次模組及其組裝方法，該光學次模組包括有：一光纖固定座、一功能元件固定座以及一雷射功能元件。該光纖固定座其具有沿一軸向方向延伸之一中心穿孔，該中心穿孔以供一光線通過；於該中心穿孔之一端設有一光纖插孔，該光纖插孔以供容置一光纖。該功能元件固定座其一端與該光纖固定座相連接，而另一端則設有一第一定位連接裝置。該雷射功能元件其更包括有：一基座、一功能晶片以及一第二定位連接裝置。該基座其具有一第一表面及一第二表面。該功能晶片其設置於該第一表面上。該第二定位連接裝置其設置於該基座上；以該第一定位連接裝置與該第二定位連接裝置相互對位連接，使該中心穿孔沿該軸向方向而與該功能晶片相對應。

較佳者，該基座其為一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)或一導電線路板(Flex Board)。

較佳者，該功能晶片至少包括以下其中之一：半導體雷射晶片、光檢測晶片。

較佳者，該第一定位連接裝置具有複數個定位體，該定位體為一柱狀結構，且延伸出該光纖固定座；而該第二定位連接裝置具有與複數個定位體相對應之複數個定位孔，該定位孔貫穿該基座；該定位體與該定位孔其為緊密配合方式連接。

較佳者，該第一定位連接裝置具有複數個定位孔；而該第二定位連接裝置具有與複數個定位孔相對應之複數個定位體，該定位體為一柱狀結構，且延伸出該基座；該定位體與該定位孔其為緊密配合方式連接。

較佳者，該第一定位連接裝置具有至少一滑配體，該滑配體延伸出該光纖固定座；而該第二定位連接裝置具有沿一預定方向延伸之至少一開槽，該開槽貫穿該基座，且位置與該滑配體相對應；該滑配體於該開槽中沿該預定方向進行線性位移，使該滑配體貼靠該開槽之一端。

為了能更清楚地描述本發明所提出之光學次模組之組裝結構，以下將配合圖式詳細說明之。

請參閱第1A圖至第1C圖所示，分別為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第一較佳實施例的分解結構(光纖固定座與功能元件固定座組合之側視部份剖面結構及雷射功能元件的俯視結構)、及側視組合結構示意圖。本發明具有定位連接裝置之光學次模組，其包括有：一光纖固定座1、一功能元件固定座2以及一雷射功能元件4。該光纖固定座1可供外界之一光纖50(或光纖接頭)所插置，而可提供與光纖50(或光纖接頭)相結合之介面。該光纖固定座1之外部設有習知的快拆接頭11結構，以供與該光纖50(或光纖接頭)快速地相結合及拆離。該光纖固定座1的中央具有沿一軸向方向91延伸之一中心穿孔12，該中心穿孔12以供光線訊號通過。於該中心穿孔12之一端(上端)設有一光纖插孔13，該光纖插孔13以供容置該光纖50(或光纖接頭)中之光纖本體(圖中未示出)。於一實施例中，於該光纖固定座1之中心穿孔12近下端處亦可設置有一與該雷射功能元件4相耦合之介面，如球狀透鏡(圖中未示出)或是其他形式的透鏡，其是用來提供該雷射功能元件4與光纖50(或光纖接頭)之間所傳輸之光線訊號在軸向方向91方向上的聚焦工作。於本實施例中，該光纖固定座1與功能元件固定座2可以是塑膠材質一體成型的單一元件為較佳。

該功能元件固定座2於外觀上是呈現一中空的結構，該功能元件固定座2其一端與該光纖固定座1相連接，而另一端則設有一第一定位連接裝置21。如前述之透鏡，除了可設置在如前述之光纖固定座1的中心穿孔12內之外，於另一實施例中，該透鏡也可以是設置在該功能元件固定座2中上端較接近該光纖固定座1之處，以作為與該雷射功能元件4相耦合之介面，同樣可用來提供該雷射功能元件4與光纖50(或光纖接頭)之間所傳輸之光線訊號在軸向方向91方向上的聚焦工作。

於本實施例中，該雷射功能元件4可以是一習知的雷射光源、光接收器、或是同時設有雷射光源與光接收器之雙向(雙工)的功能元件。該雷射功能元件4包括有：一基座41、一功能晶片42以及一第二定位連接裝置43。於本實施例中，該基座41選用普及性及通用性較高之一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)或一導電線路板(Flex Board)，可以達到增加購料之選擇性及降低物料成本之功效，而該基座41具有一第一表面411及一第二表面412。

該功能晶片42其設置於該第一表面411上。該功能晶片42決定了雷射功能元件4所能執行的功能，其可以是半導體雷射晶片(雷射光源)、光檢測晶片(光接收器)、或是在基座41上同時設置這兩晶片而可提供雙向(雙工)的功能。於本實施例中，該功能晶片42是藉由覆晶接合(Chip On Board；簡稱COB)技術結合在基座41之第一表面411上，且在功能晶片42與第一表面411結合處設置防水塗料以提高防水效果。

該第二定位連接裝置43其設置於該基座41上。於本實施例中，該第一定位連接裝置21具有複數個定位體211，該定位體211為一柱狀結構，且延伸出該功能元件固定座2。而該第二定位連接裝置43具有與複數個定位體211相對應之複數個定位孔431，該定位孔431貫穿該基座41。本實施例較佳者，該定位體211與該定位孔431分別為三個，且以不共線的方式排列呈三角形之三個頂點的形狀。當進行本發明具有定位連接裝置之光學次模組的組裝作業時，係把該功能元件固定座2貼靠向該雷射功能元件4，並以該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43相互對位，即以該定位體211一一通過該定位孔431，將該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43相互連接，而使該中心穿孔12之中心軸線沿該軸向方向91延伸(即光纖50所傳輸之光線訊號方向)，會對應至該功能晶片42之中心位置處。換句話說，藉由該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43相互對位連接，不僅可使該功能元件固定座2連同該光纖固定座1一起被組裝結合在該雷射功能元件4之該基座41上；並且，單單是藉由該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43兩者之間的相互對位連接，即可使該中心穿孔12沿該軸向方向與該功能晶片42相對應，而不再需要進行主動對光的校準作業。

由於在製作中，由於該功能晶片42設置於該第一表面411上時，會形成約±20μm的誤差；且該第一定位連接裝置21為塑膠射出成型，製作時就會形成約±10μm的公差；在加以該定位體211與該定位孔431其為緊密配合方式連接，因而該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43相互連接會形成±10μm的結合公差；上述將該第一定位連接裝置21與該第二定位連接裝置43進行結合後，總共約略會形成約±40μm的誤差，此尚可符合光學次模組封裝中，將該中心穿孔12沿該軸向方向91而與該功能晶片42相對應之精度限制±50μm的誤差範圍內。因此本發明運用被動式對準耦光(Passive Alignment)的對焦方式，結合快速組裝之結構，不僅達到減少耦光時間之功效外，更可以達到減少組裝製程以及可減少暫時固定膠之使用，進而可提高生產效能與降低生產成本之功效。

以下所述之本發明其他較佳實施例中，因大部份的元件係相同或類似於前述實施例，因此相同之元件將直接給予相同之名稱及編號，且對於類似之元件則給予相同名稱但在原編號後另增加一英文字母以資區別且不予贅述，合先敘明。

請參閱第2A圖至第2C圖所示，分別為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第二較佳實施例的分解結構(光纖固定座與功能元件固定座組合之側視部份剖面結構及雷射功能元件的俯視結構)、及側視組合結構示意圖。本實施例與上述實施例不同處在於，該第一定位連接裝置21a具有複數個定位孔212，該定位孔212其位於該功能元件固定座2中。而該第二定位連接裝置43a具有與複數個定位孔212相對應之複數個定位體432，該定位體432為一柱狀結構，且延伸出該基座41。本實施例較佳者，該定位孔212與該定位體432分別為三個，且以不共線之三角形形狀排列，當該功能元件固定座2貼靠該雷射功能元件4時，以該第一定位連接裝置21a與該第二定位連接裝置43a相互對位，即以該定位體432一一通過該定位孔212，且該定位體432與該定位孔212其為緊密配合方式連接，將該第一定位連接裝置21a與該第二定位連接裝置43a相互連接，而使該中心穿孔12之中心軸線沿該軸向方向91延伸(即光纖50所傳輸之光線訊號方向)，會對應至該功能晶片42之中心位置處。

請參閱第3A圖至第3C圖所示，分別為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第三較佳實施例的分解結構(光纖固定座與功能元件固定座組合之側視部份剖面結構及雷射功能元件的俯視結構)、及側視組合結構示意圖。本實施例中，該第一定位連接裝置21b具有至少一滑配體213，該滑配體213延伸出該功能元件固定座2。該滑配體213更包括有：一本體2131以及至少一延伸體2132，該本體2131其延伸出該功能元件固定座2，且一端與該功能元件固定座2相連接。該延伸體2132延伸出該本體2131，一端與該本體2131另一端相連接，且大致與該本體2131相垂直。而該第二定位連接裝置43b具有沿一預定方向92延伸之至少一開槽433，該開槽433貫穿該基座41，且位置大致與該滑配體213相對應。本實施例較佳者，該滑配體213與該開槽433分別為二個，且位於該功能晶片42之二側。

當該功能元件固定座2與該雷射功能元件4相連接時，首先將該第一定位連接裝置21b與該第二定位連接裝置43b相互對位，由於該延伸體2132之延伸方向大致與該預定方向92相平行，因此以該延伸體2132通過該開槽433，且該本體2131位於該開槽433中。再者，將該滑配體213於該開槽433中沿該預定方向92進行線性位移，使該滑配體213以該本體2131貼靠於該開槽433之一端，且該延伸體2132貼靠該第二表面412。由於該滑配體213與該開槽433其為緊密配合方式連接，將該第一定位連接裝置21b與該第二定位連接裝置43b相互連接，而使該中心穿孔12之中心軸線沿該軸向方向91延伸(即光纖50所傳輸之光線訊號方向)，會對應至該功能晶片42之中心位置處。雖該滑配體213與該開槽433其為緊密配合方式連接，不易使該功能元件固定座2與該雷射功能元件4連接後會鬆脫，本實施例中，較佳者將該滑配體213更具有一卡固體2133，該卡固體2133位於該延伸體2132之另一端上，當該本體2131貼靠於該開槽433之一端時，該卡固體2133會貼靠該基座41之一側面，將該功能元件固定座2與該雷射功能元件4加以固定。

因此，本發明具有定位連接裝置之光學次模組確實是運用被動式對準耦光的對焦方式，結合快速組裝之結構，不僅達到減少耦光時間之功效外，更可以達到減少組裝製程以及可減少暫時固定膠之使用，進而可提高生產效能與降低生產成本之功效。唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

1．．．光纖固定座

11．．．快拆接頭

12．．．中心穿孔

13．．．光纖插孔

2．．．功能元件固定座

21、21a、21b．．．第一定位連接裝置

211．．．定位體

212．．．定位孔

213．．．滑配體

2131．．．本體

2132．．．延伸體

2133．．．卡固體

4．．．雷射功能元件

41．．．基座

411．．．第一表面

412．．．第二表面

42．．．功能晶片

43、43a、43b．．．第二定位連接裝置

431．．．定位孔

432．．．定位體

433．．．開槽

50．．．光纖(或光纖接頭)

91．．．軸向方向

92．．．預定方向

第1A圖為本發明光纖固定座與功能元件固定座組合之第一較佳實施例的側視部份剖面結構示意圖。

第1B圖為本發明雷射功能元件之第一較佳實施例的俯視結構示意圖。

第1C圖為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第一較佳實施例的側視組合結構示意圖。

第2A圖為本發明光纖固定座與功能元件固定座組合之第二較佳實施例的側視部份剖面結構示意圖。

第2B圖為本發明雷射功能元件之第二較佳實施例的俯視結構示意圖。

第2C圖為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第二較佳實施例的側視組合結構示意圖。

第3A圖為本發明光纖固定座與功能元件固定座組合之第三較佳實施例的側視部份剖面結構示意圖。

第3B圖為本發明雷射功能元件之第三較佳實施例的俯視結構示意圖。

第3C圖為本發明具有定位連接裝置之光學次模組第三較佳實施例的側視組合結構示意圖。

1．．．光纖固定座

11．．．快拆接頭

12．．．中心穿孔

13．．．光纖插孔

2．．．功能元件固定座

21b．．．第一定位連接裝置

213．．．滑配體

4．．．雷射功能元件

41．．．基座

411．．．第一表面

412．．．第二表面

42．．．功能晶片

91．．．軸向方向

92．．．預定方向

Claims (5)

1. 一種具有定位連接裝置之光學次模組，其包括有：一光纖固定座，其具有沿一軸向方向延伸之一中心穿孔，該中心穿孔可供一光線通過；於該中心穿孔之一端設有一光纖插孔，該光纖插孔以供容置一光纖；一功能元件固定座，其一端與該光纖固定座相連接，而另一端則設有一第一定位連接裝置；其中，該第一定位連接裝置具有至少一滑配體，該滑配體延伸出該功能元件固定座；其中，該滑配體包括有：一本體，其延伸出該功能元件固定座，且一端與該功能元件固定座相連接；至少一延伸體，該延伸體延伸出該本體、且一端與該本體另一端相連接；及一卡固體，該卡固體位於該延伸體之另一端上；以及一雷射功能元件，其更包括有：一基座，其具有一第一表面及一第二表面；一功能晶片，其設置於該第一表面上；一第二定位連接裝置，其設置於該基座上；以該第一定位連接裝置與該第二定位連接裝置相互對位連接，使該中心穿孔沿該軸向方向而與該功能晶片相對應；該第二定位連接裝置具有沿一預定方向延伸之至少一開槽，該開槽貫穿該基座，且位置與該滑配體相對應；其中，該延伸體之延伸方向大致與該預定方向相平行； 其中，將該滑配體於該開槽中沿該預定方向進行線性位移，使該滑配體以該本體貼靠該開槽之一端，且該延伸體貼靠該第二表面；當該本體貼靠於該開槽之該端時，該卡固體會貼靠該基座之一側面，將該功能元件固定座與該雷射功能元件加以固定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有定位連接裝置之光學次模組，其中，該基座其為一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)或一導電線路板(Flex Board)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有定位連接裝置之光學次模組，其中，該功能晶片至少包括以下其中之一：半導體雷射晶片、光檢測晶片。
4. 一種具有定位連接裝置之光學次模組的組裝方法，包括有下列步驟：提供一光學次模組，該光學次模組包括有一光纖固定座、一功能元件固定座以及一雷射功能元件；該光纖固定座具有沿一軸向方向延伸之一中心穿孔以供一光線通過；於該中心穿孔之一端設有一光纖插孔以供容置一光纖；該功能元件固定座一端與該光纖固定座相連接，而另一端則設有一第一定位連接裝置；該雷射功能元件更包括有：具有一第一表面及一第二表面之一基座、設置於該第一表面上之一功能晶片、以及設置於該基座上之一第二定位連接裝置；以及，以該第一定位連接裝置與該第二定位連接裝置相互對位連接，使該功能元件固定座連同該光纖固定座一 起被組裝結合在該雷射功能元件之該基座上，並且，單單是藉由該第一定位連接裝置與該第二定位連接裝置兩者之間的相互對位連接，即可使該中心穿孔沿該軸向方向與該功能晶片相對應；其中，該第一定位連接裝置具有至少一滑配體，該滑配體延伸出該功能元件固定座；而該第二定位連接裝置具有沿一預定方向延伸之至少一開槽，該開槽貫穿該基座，且位置與該滑配體相對應；該滑配體於該開槽中沿該預定方向進行線性位移，使該滑配體貼靠該開槽之一端；其中，該滑配體更包括有：一本體，其延伸出該功能元件固定座、且一端與該功能元件固定座相連接；至少一延伸體，該延伸體延伸出該本體、且一端與該本體另一端相連接；該滑配體以該本體貼靠該開槽之一端，且該延伸體貼靠該第二表面；其中，該延伸體之延伸方向大致與該預定方向相平行；該滑配體更具有一卡固體，該卡固體位於該延伸體之另一端上，且貼靠該基座之一側面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具有定位連接裝置之光學次模組的組裝方法，其中，該基座其為一印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)或一導電線路板(Flex Board)；並且，該功能晶片至少包括以下其中之一：半導體雷射晶片、光檢測晶片。