TWI802061B - 光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法 - Google Patents

光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法，該光傳輸裝置，包括：一基板，包括一端面、一光傳輸通道及一第一定位部，該光傳輸通道顯露於該端面；一跨接器，包括一安裝部及一第二定位部，該安裝部與該基板之端面抵接，該第二定位部與該第一定位部相互限位；及一光纖，安裝於該安裝部，該光纖之一端面與該光傳輸通道對應。該光傳輸裝置跨接方法，包括以下步驟：於一基板上形成一第一孔，其中該基板包括一光傳輸通道；以一覆材填覆於該第一孔；於該第一孔範圍內形成一對位標記於該覆材上；以該對位標記為基準，於該基板上形成一第二孔；及將一跨接器插接於該第二孔且抵靠該基板。

Description

光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法
本發明是有關於一種光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法。
近年來網路發展快速，需要的頻寬也越來越大。傳統傳輸訊號皆是利用電流傳遞訊號，利用改變電流的直流交流性質並且使其在傳統的同軸電纜傳遞。而網路的發展使得傳輸速度以及頻寬慢慢地不敷使用，因此便有利用光訊號來取代電訊號的方式出現。
在光通訊中的光波導一般尺寸皆小於1μm，例如所對應的單模光纖之纖芯直徑約為10μm，二者間的尺寸差異太大，且在封裝時的耦合對準容忍度要求較高，因此光纖與光波導之間會產生相當大的損耗。
其中，習知主動式光纖耦合技術方案存在耦合效率差、組裝容差小等問題，且不適用於高速傳輸（10G以上）。而，習知被動式透鏡光纖耦合技術方案雖然具有較高之耦合效率、組裝容差大、適用於高速傳輸（10G~400G）等優點，但透鏡開發費用較高。此外，上述二種習知光纖耦合技術方案之耦合步驟較為繁複，也需較多的耦合的時間。
因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種光傳輸裝置及光傳輸裝置跨接方法，可簡單、快速、精準對位光纖與光傳輸通道，且具極佳耦合效率。
為達成上述目的，本發明提供一種光傳輸裝置，包括：一基板，包括一端面、一光傳輸通道及一第一定位部，該光傳輸通道顯露於該端面；一跨接器，包括一安裝部及一第二定位部，該安裝部與該基板之端面抵接，該第二定位部與該第一定位部相互限位；及一光纖，安裝於該安裝部，該光纖之一端面與該光傳輸通道對應。
為達成上述目的，本發明提供一種光傳輸裝置跨接方法，包括以下步驟：於一基板上形成一第一孔，其中該基板包括一光傳輸通道；以一覆材填覆於該第一孔；於該第一孔範圍內形成一對位標記於該覆材上；以該對位標記為基準，於該基板上形成一第二孔；及將一跨接器插接於該第二孔且抵靠該基板。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
請參考圖1至8，其顯示本發明之一第一較佳實施例，本發明之光傳輸裝置1包括一基板10、一跨接器20及一光纖30。
該基板10包括一端面11、一光傳輸通道12及一第一定位部13，該光傳輸通道12顯露於該端面11。該跨接器20包括一安裝部21及一第二定位部22，該安裝部21與該基板10之端面11抵接，該第二定位部22與該第一定位部13相互限位。該光纖30安裝於該安裝部21，該光纖30之一端面與該光傳輸通道12對應（例如相面對），藉此於該光傳輸通道12與該光纖30之間進行光傳輸。其中，該端面11可為該基板10之任一側面、或可為該基板10之一凹槽的槽內面之任一部位。在本實施例中，該第一定位部13為定位孔，該第二定位部22為可與該定位孔相插接之定位柱，然而，亦可配置成該第一定位部13為定位柱，該第二定位部22為定位孔，該定位柱及該定位孔可為任何形狀。在其他可能實施例中，該第一定位部及該第二定位部可為能相對磁吸之構件或任何可相扣接之公母結構。
該基板10另設有一連結器40，該連結器40可為HDMI、USB或USB-C等傳輸接端，藉此可大幅縮小封裝所需空間與相關部件。並且，該光纖30與該光傳輸通道12之對接，只需藉由該第一定位部13與該第二定位部22簡易插接，無需再使用透鏡進行光耦合即可達到所需的傳輸效率，可減少封裝、耦合、對位程序及時間，同時該基板10與該跨接器20之插接組裝精準，具有極佳的耦合效率。
在本實施例中，該光傳輸通道12之一端面位於該第一定位部13與該光纖30之端面之間；該跨接器20另包括至少一與該基板10之端面11抵接之凸緣23，該至少一凸緣23與該第二定位部22之間界定出與該基板10之端面11與該第一定位部13之間相等之距離，該光纖30之端面概與該凸緣23之一端面切齊；該安裝部21包括一與該基板10之端面11抵接之抵接面211，該第一定位部13與該基板10之端面11之間的距離等於該第二定位部22與該抵接面211之間的距離。藉此，該基板10及該跨接器20可非常精準地插接定位，該光纖30與該光傳輸通道12之對接準確，能提高耦合效率。
該基板10之端面11與該安裝部21之間具有一間隙14，該光纖30包括一伸入該間隙14之端部31，一光學輔助材料50（例如折射率膠或其他具有適當折射率之材料）設於該間隙14且連結該光纖30之端部31，該光學輔助材料50可提升光傳輸能力。在如圖9至12所示之一第二較佳實施例中，該光纖30可先被固接於該安裝部21，該跨接器20再與該基板10插接，例如該安裝部21於一側設有一槽孔212，該光纖30先穿越該槽孔212，一連結材60（例如UV膠或其他適當之黏著材料）再設於該槽孔212且連結該光纖30，再以該光學輔助材料50設於該間隙14且連結該光纖30之端部31，同樣可使該光纖30與該光傳輸通道12簡單、快速、精準對位。在如圖13至14所示一第三較佳實施例中，該基板10a另包括一嵌孔15，該嵌孔15之孔壁包括該端面11a，該第一定位部13位於該嵌孔15之週邊，該跨接器20嵌設於該嵌孔15。
請再參考圖1至8，該基板10另包括一光電轉換模組16，該光電轉換模組16包括一封裝積體電路161及一連接該封裝積體電路161之光學元件162，該光學元件162對應於該光傳輸通道12之一反射面121，該光學元件162包括一光電轉換元件（光接收器）或一光電發射元件（光發射器）。該基板10另包括一折射部分17（如圖8中虛線所界定部分），該折射部分17連接於該光學元件162與該反射面121之間，該折射部分17由該光學元件162至該反射面121具有漸增之折射率（於發射(Tx)端）或漸減之折射率（於接收(Rx)端）。該基板10另包括至少一電路層18，該至少一電路層18可例如但不限包含於一軟性電路板（flexible printed circuit, FPC）中，該至少一電路層18連接該連結器40、該光電轉換模組16、該封裝積體電路161及該光學元件162。
如圖8所示，該折射部分17包括複數具有不同折射率之折射層171，其中連接該光傳輸通道12之一該折射層171可為該光傳輸通道12之一覆層（cladding）的一部分所構成、或可為該光傳輸通道12之核心層與該軟性電路板之間的一黏合層（bonding sheet）或聚醯亞胺（polyimide, PI）層的一部分所構成。
在如圖15所示之一第四較佳實施例中，該基板10b可包括一導光部分17a，該導光部分17a位於該光學元件162與該反射面121之間，該導光部分17a包括一由該光學元件162朝該反射面121延伸之芯部172及一包覆於該芯部172外之包覆層173，該導光部分17a與光纖之結構類似，光訊號可於其中有效率地傳輸。其中，該芯部172呈圓錐柱狀，例如該圓錐柱狀之相對二端之徑度分別為60微米及100微米，然而該芯部172之形狀及徑度可依據不同光學性能及需求而有所不同。
請再參考圖1至8，其中，來自於該連結器40之電訊號可經由該至少一電路層18傳輸至該封裝積體電路161，該封裝積體電路161再基於該電訊號控制該光電發射元件產生光訊號，該光訊號通過該折射部分17而經該反射面121反射進入該光傳輸通道12，該光訊號再通過該光纖30傳輸至外部；或者，來自於該光纖30之光訊號可進入該光傳輸通道12而經該反射面121反射通過該折射部分17後由該光電轉換元件接收，該光電轉換元件將該光訊號轉換成電訊號後可經一跨阻放大器（transimpedance amplifier, TIA）再藉由該至少一電路層18傳輸至該連結器40，以供將該電訊號輸入一電子裝置。
如圖16所示之一第五較佳實施例中，該基板10可再包括另一電路層19，該電路層19設於相對於該光傳輸通道12之另一側，該跨接器20另包括一與該電路層19電性連接之傳輸電路24（例如一般電纜、同軸電纜、或其他導線）。該電路層19與該連結器40電性連接，可供將來自於該連結器40（連接於一電子裝置之一輸出端）之電訊號經由該跨接器20之傳輸電路24傳輸至外部，或可供將來自於該跨接器20之傳輸電路24（連接於一電子裝置之一輸出端）之電訊號經該電路層19由該連結器40傳輸至另一電子裝置。其中，該傳輸電路例如可包含於一USB-C傳輸線，其可同時具有傳輸電訊號及充電功能。
根據如上所述的結構態樣，該連結器40可設為包括一或多組電性引腳，該一或多組電性引腳可配置成與該電路層18及該電路層19至少其中一者連接，藉以實現光電轉換訊號傳輸模式。
請配合參考圖1至8及圖17至23，本發明另提供一種光傳輸裝置跨接方法，包括以下步驟：於一基板10上形成一第一孔101，其中該基板10包括一光傳輸通道12；以一覆材102填覆於該第一孔101；於該第一孔101範圍內形成一對位標記103於該覆材102上；以該對位標記103為基準，於該基板10上形成一第二孔104，該第二孔104即作為該基板10之第一定位部13；及將一跨接器20插接於該第二孔104且抵靠該基板10。該第一孔101及該第二孔104可以沖頭沖孔或鑽頭105, 106鑽孔形成。該第一孔101及該對位標記103較佳係具有一共同中心，形成該第二孔104之加工精度較佳係小於等於±5微米，確保該光纖30與該光傳輸通道12對接的精準度。
該對位標記103可為記號、孔結構（可為該第一孔101之孔緣或另外形成孔）、或任何圖樣。該覆材102例如但不限為光阻（photoresist）材料、或其他非導電材料，較佳該覆材102具有可透光性，能直接獲得該覆材102下方之該光傳輸通道12之對應位置（較佳可設有任何型態之對位標記），因此可直接精確定位出該光傳輸通道12之端面與該第一孔101之中心或該對位標記103（加工該第二孔104之基準中心）之相對位置，故形成該第二孔104之精確度極高，相對地，該跨接器20與該基板10扣接後，該光纖30與該光傳輸通道12能精準對接，能確保較高之耦合效率。
選擇性地，在應用於如圖1至8所示之第一較佳實施例之結構中，在該跨接器20插接於該第二孔104之後另包括以下步驟：將一光纖30穿設於該跨接器20而對應於該光傳輸通道12；及以一光學輔助材料50於該基板10與該跨接器20之間連結該光纖30。
選擇性地，在應用於如圖9至12所示之第二較佳實施例中，在該跨接器20插接於該第二孔104之前，可以一連結材60將一光纖30連結於該跨接器20；在該跨接器20插接於該第二孔104（該基板10之第一定位部13）而該光纖30對應於該光傳輸通道12之後，以一光學輔助材料50於該基板10與該跨接器20之間連結該光纖30。
其中，該光學輔助材料50可提升光傳輸能力，且可穩定及定位該光纖30；該連結材60可穩定及定位該光纖30。藉此，有利於該光纖30與該光傳輸通道12簡單、快速、精準對位。
1:光傳輸裝置 10, 10a, 10b:基板 101:第一孔 102:覆材 103:對位標記 104:第二孔 105, 106:鑽頭 11, 11a:端面 12:光傳輸通道 121:反射面 13:第一定位部 14:間隙 15:嵌孔 16:光電轉換模組 161:封裝積體電路 162:光學元件 17:折射部分 171:折射層 172:芯部 173:包覆層 17a:導光部分 18, 19:電路層 20:跨接器 21:安裝部 211:抵接面 212:槽孔 22:第二定位部 23:凸緣 24:傳輸電路 30:光纖 31:端部 40:連結器 50:光學輔助材料 60:連結材
圖1為本發明一第一較佳實施例之立體圖。 圖2為本發明該第一較佳實施例之分解圖。 圖3至圖4為本發明該第一較佳實施例之組接示意圖。 圖5為本發明該第一較佳實施例之局部剖面立體圖。 圖6為圖5之局部放大圖。 圖7為本發明該第一較佳實施例之剖面圖。 圖8為圖7之局部放大圖。 圖9至圖10為本發明一第二較佳實施例之組接示意圖。 圖11為本發明該第二較佳實施例之局部剖面立體圖。 圖12為本發明該第二較佳實施例之剖面圖。 圖13至圖14為本發明一第三較佳實施例之組接示意圖。 圖15為本發明一第四較佳實施例之剖面圖。 圖16為本發明一第五較佳實施例之剖面圖。 圖17至圖23為本發明一較佳實施例於一基板形成第一定位部之步驟示意圖。
1:光傳輸裝置 10:基板 11:端面 13:第一定位部 16:光電轉換模組 161:封裝積體電路 162:光學元件 20:跨接器 22:第二定位部 23:凸緣 30:光纖 40:連結器

Claims (17)

  1. 一種光傳輸裝置，包括：一基板，包括一端面、一光傳輸通道及一第一定位部，該光傳輸通道顯露於該端面；一跨接器，包括一安裝部及一第二定位部，該安裝部與該基板之端面抵接，該第二定位部與該第一定位部相互限位；及一光纖，安裝於該安裝部，該光纖之一端面與該光傳輸通道對應；其中該光傳輸通道之一端面位於該第一定位部與該光纖之端面之間。
  2. 如請求項1所述的光傳輸裝置，其中該基板之端面與該安裝部之間具有一間隙，該光纖包括一伸入該間隙之端部，一光學輔助材料設於該間隙且連結該光纖之端部。
  3. 如請求項2所述的光傳輸裝置，其中該光纖被固接於該安裝部。
  4. 如請求項3所述的光傳輸裝置，其中該安裝部於一側設有一槽孔，該光纖穿越該槽孔，一連結材設於該槽孔且連結該光纖。
  5. 如請求項1所述的光傳輸裝置，其中該跨接器另包括至少一與該基板之端面抵接之凸緣，該光纖之一端面概與該凸緣之一端面切齊。
  6. 如請求項1所述的光傳輸裝置，其中該安裝部包括一與該基板之端面抵接之抵接面，該第一定位部與該基板之端面之間的距離等於該第二定位部與該抵接面之間的距離。
  7. 如請求項1所述的光傳輸裝置，其中該基板另包括一電路層，該電路層設於相對於該光傳輸通道之另一側，該跨接器另包括一與該電路層電性連接之傳輸電路。
  8. 如請求項1所述的光傳輸裝置，其中該基板另包括一嵌孔，該嵌孔之孔壁包括該端面，該跨接器嵌設於該嵌孔。
  9. 如請求項1至8任一項所述的光傳輸裝置，其中該基板另包括一光電轉換模組，該光電轉換模組包括一封裝積體電路及一連接該封裝積體電路之光學元件，該光學元件對應於該光傳輸通道之一反射面，該光學元件包括一光電轉換元件或一光電發射元件。
  10. 如請求項9所述的光傳輸裝置，其中該基板另包括一折射部分，該折射部分連接於該光學元件與該反射面之間，該折射部分由該光學元件至該反射面具有漸增或漸減之折射率。
  11. 如請求項9所述的光傳輸裝置，其中該基板另包括一導光部分，該導光部分位於該光學元件與該反射面之間，該導光部分包括一由該光學元件朝該反射面延伸之芯部及一包覆於該芯部外之包覆層。
  12. 一種光傳輸裝置跨接方法，包括以下步驟：於一基板上形成一第一孔，其中該基板包括一光傳輸通道；以一覆材填覆於該第一孔；於該第一孔範圍內形成一對位標記於該覆材上；以該對位標記為基準，於該基板上形成一第二孔；及將一跨接器插接於該第二孔且抵靠該基板。
  13. 如請求項12所述的光傳輸裝置跨接方法，其中係以沖孔或鑽孔形成該第一孔。
  14. 如請求項12所述的光傳輸裝置跨接方法，其中形成該第二孔之加工精度小於等於±5微米。
  15. 如請求項12所述的光傳輸裝置跨接方法，其中在該跨接器插接於該第二孔之後另包括以下步驟：將一光纖穿設於該跨接器而對應於該光傳輸通道；及以一光學輔助材料於該基板與該跨接器之間連結該光纖。
  16. 如請求項12所述的光傳輸裝置跨接方法，另包括以下步驟：在該跨接器插接於該第二孔之前，以一連結材將一光纖連結於該跨接器；及在該跨接器插接於該第二孔而該光纖對應於該光傳輸通道之後，以一光學輔助材料於該基板與該跨接器之間連結該光纖。
  17. 如請求項12至16任一項所述的光傳輸裝置跨接方法，其中該第一孔及該對位標記具有一共同中心。
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