本發(fā)明總體上涉及光電裝置，以及用于形成允許光學(xué)元件的精確安裝和對(duì)齊的載體零件的制造工藝。

背景技術(shù)：

在兩個(gè)光學(xué)部件之間制造精確的光學(xué)連結(jié)通常是復(fù)雜和昂貴的。例如，光纖和光學(xué)基座(激光二極管，光電二極管)的對(duì)齊是極其重要的、并且需要很高的精度。

在通常的工業(yè)實(shí)踐中，將光學(xué)基座的活性層(晶片平面)平行于載體(諸如PCB或玻璃板)來安裝光學(xué)基座。光學(xué)軸線從而垂直于電路板或載體的表面。在很多情況下，實(shí)踐中將光纖的軸線取向?yàn)槠叫杏谳d體或電路板的表面，其中需要通過例如結(jié)合有透鏡的鏡子來改變光線的方向。因此，常規(guī)的耦接機(jī)構(gòu)涉及基座和光纖的光學(xué)軸線的垂直布置、以及鏡子的使用(通常結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)透鏡)來改變光線的方向。

由于諸如光電二極管的光學(xué)基座將被安裝到這樣的電路板，該電路板具有已有的跡線，該跡線被限定為使得光纖需要與電路板精確的對(duì)齊，因此帶來了對(duì)鏡子和透鏡的需求。為了在上述情形中獲得光學(xué)連結(jié)，從光纖發(fā)射的光束必須被彎折，使得光束垂直于電路板。此外，必須留出一定的距離用于光線傳播，這也需要用于聚焦的透鏡的使用。

申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到對(duì)低成本和大量生產(chǎn)的設(shè)備的需求，以及對(duì)有助于光學(xué)部件(諸如光纖和光學(xué)基座)的精確對(duì)齊的相關(guān)制造工藝的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

下文中陳述了對(duì)本發(fā)明的簡(jiǎn)要總結(jié)，以提供本發(fā)明的一些方面的基本理解。該總結(jié)并非是對(duì)本發(fā)明的廣泛概述。其并非意圖為確定本發(fā)明的關(guān)鍵/重要元件或意圖為描繪本發(fā)明的范圍。其目的僅在于以簡(jiǎn)單的形式而展現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為下文中呈現(xiàn)的更詳細(xì)的描述的序言。

申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到，用于構(gòu)建光學(xué)連結(jié)(特別是在印刷電路板的情況下)的傳統(tǒng)方法是高成本并且不方便的，并且可能不能針對(duì)批量生產(chǎn)具有規(guī)模效應(yīng)。為了最小化這些缺點(diǎn)，申請(qǐng)人提出了一種載體零件以及一種制造工藝，該制造工藝允許在相同載體零件上的光學(xué)基座和光纖兩者對(duì)于每個(gè)部件使用相同參考特征的組裝。

這樣的設(shè)備提供了很多重要的優(yōu)勢(shì)，包括，將光學(xué)基座精確地抵靠耦接至光纖，使得基座和光纖的光學(xué)軸線成一直線，以及消除對(duì)其間透鏡的需要。提供了一種安裝墊的布置，使得光學(xué)基座的光學(xué)軸線安裝為與光纖的軸線成一直線。消除了對(duì)來自于光纖的光線的變向，并且基座和光纖可抵靠耦接而無需其間的任何光學(xué)部件。這帶來了這樣的優(yōu)勢(shì)，消除了由于光學(xué)部件帶來的吸收和/或反射損失。

除了機(jī)械功能外，載體零件還提供了到光學(xué)基座的電軌跡和連接，而無需引入額外的零件。載體零件還提供了用于驅(qū)動(dòng)器或放大器芯片的粘接區(qū)域，并且從而允許芯片和光學(xué)基座之間的電路徑較短，這對(duì)于信號(hào)完整性是有利的。此外，也可使用多層載體從而提供更多的電設(shè)計(jì)的靈活性，即降低串?dāng)_。由于載體的良好的導(dǎo)熱性能，其用作散熱器，從而降低了對(duì)傳熱的殼體外部的昂貴的熱橋的使用的需求。

完整的“光引擎”可被形成為包括載體零件、安裝的光學(xué)基座和安裝的驅(qū)動(dòng)器或放大器芯片。光引擎提供了用于將其連接到裝置的PCB的墊和對(duì)齊特征，該對(duì)齊特征適合于被動(dòng)地對(duì)齊和固定光纖。光引擎用于將光纖連接至電氣PCB，并且處理兩者之間的轉(zhuǎn)換并且僅需要最少量的部件。

載體零件可通過已有的生產(chǎn)工藝而批量地生產(chǎn)?？梢栽诟蟮陌宓慕Y(jié)構(gòu)中同時(shí)地處理大量的這些零件。此外，載體零件的制造無需激光的嚴(yán)密定位的精確性。

本發(fā)明的一個(gè)方面是一種載體，用于將包括多個(gè)交替的層的至少兩個(gè)光學(xué)元件精確地安裝，每個(gè)層包括取自一組中的第一和第二材料中的一種，所述第一材料易于通過燒蝕工藝侵蝕，并且所述第二材料不易于通過燒蝕工藝侵蝕，其中，包括第二材料的每個(gè)層呈現(xiàn)各自的幾何圖案，使得當(dāng)燒蝕工藝應(yīng)用到所述多個(gè)交替的層時(shí)，形成多個(gè)特征，并且其中每個(gè)形成的特征提供了用于所述至少兩個(gè)光學(xué)元件的每一個(gè)的各自的安裝。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用于制造光電裝置安裝零件的方法，所述安 裝零件包括限定多個(gè)交替的層，所述多個(gè)交替的層包括取自一組中的第一和第二材料中的一種，所述第一材料易于通過燒蝕工藝侵蝕，并且所述第二材料不易于通過燒蝕工藝侵蝕，蝕刻包括第二材料的層中的每一個(gè)以形成各自的幾何圖案，其中，幾何圖案的組合對(duì)應(yīng)于多個(gè)特征，該多個(gè)特征用于至少一個(gè)光學(xué)元件的安裝以及用于將激光燒蝕工藝應(yīng)用到所述多個(gè)交替的層以形成所述特征。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是包括載體零件的光引擎，其中所述載體零件包括用于安裝至少一個(gè)光學(xué)元件的至少一個(gè)幾何特征，所述至少一個(gè)幾何特征通過應(yīng)用到多個(gè)交替的層的燒蝕工藝而形成，每個(gè)層包括取自一組中的第一和第二材料中的一種，所述第一材料易于通過燒蝕工藝侵蝕，并且所述第二材料不易于通過燒蝕工藝侵蝕，光學(xué)基座，光學(xué)放大器，和用于耦接到印刷電路板(“PCB”)的至少一個(gè)墊。

附圖說明

圖1A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、用于形成光學(xué)安裝結(jié)構(gòu)的交替的易侵蝕層和不易侵蝕層的堆疊。

圖1B更詳細(xì)地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、用于形成光學(xué)安裝部件的交替的易燒蝕層和不易燒蝕層的堆疊。

圖1C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性安裝結(jié)構(gòu)，具有在燒蝕工藝后形成的多個(gè)幾何特征。

圖2是示出了用于形成光學(xué)安裝設(shè)備的工藝的流程圖，該光學(xué)安裝設(shè)備用于安裝至少一個(gè)光學(xué)部件以形成光學(xué)連結(jié)。

圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、用于安裝光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件，其由燒蝕工藝精確地形成。

圖4A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、安裝有光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件。

圖4B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、安裝有光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件的另一視圖。

圖5A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、用于光纖線纜的載體零件的機(jī)械參考。

圖5B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、到光學(xué)基座以及載體零件中的抵靠耦接的光纖線纜的電連接。

圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的載體零件的下側(cè)，該載體零件還包括驅(qū)動(dòng)器或放大器芯片以及多個(gè)軌跡和用于PCB安裝的墊。

圖7A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在應(yīng)用燒蝕工藝之前、安裝到板的示例性載體零件。

圖7B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在應(yīng)用燒蝕工藝之后、安裝到板的示例性載體零件。

圖8示出了在燒蝕工藝后的一組銅和聚酰亞胺的層，得到了用于載體零件的一組幾何特征。

具體實(shí)施方式

易燒蝕和不易燒蝕的層以及燒蝕工藝

圖1A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、用于形成光學(xué)安裝結(jié)構(gòu)的交替的易侵蝕層和不易侵蝕層的堆疊。堆疊106包括不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及易燒蝕的層102(1)-102(N)。每個(gè)不易燒蝕的層104(1)-104(M)可呈現(xiàn)各自的幾何圖案(在圖1A中未示出)并且不易通過燒蝕工藝而侵蝕。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，層104(1)-104(M)可以包括銅。然而，不易燒蝕的層可包括其他材料，包括，例如，金、鎳或其他金屬。

易燒蝕的層102(1)-102(N)易于通過激光工藝而燒蝕。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，易燒蝕的層102(1)-102(M)可以包括聚酰亞胺。然而，易燒蝕的層可包括其他材料，包括，例如，環(huán)氧樹脂、或其他常見聚合物材料。如圖1所示，每個(gè)不易燒蝕的層104(1)-104(M)與各自的易燒蝕的層102(1)-102(N)交替，并且布置為堆疊的構(gòu)造。

圖1B更詳細(xì)地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、用于形成光學(xué)安裝部件的交替的易燒蝕層和不易燒蝕層的堆疊。堆疊106包括不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及易燒蝕的層102(1)-102(N)。注意到，每個(gè)不易燒蝕的層104(1)-104(M)呈現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)幾何圖案。例如，不易燒蝕的層104(1)進(jìn)一步包括幾何圖案108(1)-108(3)，不易燒蝕的層104(2)進(jìn)一步包括幾何圖案108(4)-108(5)，并且不易燒蝕的層104(M)進(jìn)一步包括幾何圖案108(6)。幾何圖案108(1)-108(6)僅僅是示例性的，并且未意圖為限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。如下文中更詳細(xì)地描述的，諸如示例性幾何圖案108(1)-108(6)的幾何圖案將有助于在進(jìn)行燒蝕工藝之后在安裝結(jié)構(gòu)上形成幾何特征，其允許光學(xué)部件的精確的安裝。

圖1C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性安裝結(jié)構(gòu)，具有在燒蝕工藝后形成的多個(gè)幾何特征。安裝結(jié)構(gòu)120包括多個(gè)示例性幾何特征110(1)-110(4)。特征110(1)-110(4)可被設(shè)計(jì)和利用為安裝一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件。幾何特征110(1)-110(4)僅僅是示例性的，并且未意圖為限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

示例性特征110(1)-110(4)通過應(yīng)用到交替的易燒蝕和不易燒蝕的層的堆疊(諸如圖1B中示出的)的燒蝕工藝而形成。每個(gè)易燒蝕的層(例如，110(1)-110(M))具有相關(guān)的幾何圖案，其用作燒蝕工藝的掩膜。應(yīng)用到不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及易燒蝕的層102(1)-102(N)的組合的燒蝕工藝得到諸如示于圖1C中的110(1)-110(4)的幾何特征。

特別地，限定有幾何圖案的不易燒蝕的層104(1)-104(M)用作環(huán)繞易燒蝕的層102(1)-102(N)的燒蝕的掩膜。形成的零件的最終形狀從而由不易燒蝕的層(例如金屬)而限定。這樣的工藝無需激光的嚴(yán)密定位的精確性。經(jīng)由一組不易燒蝕和易燒蝕的層和燒蝕工藝的示例性載體零件的形成在下文中參考圖3-8詳細(xì)地描述。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，燒蝕工藝可通過微型機(jī)械加工而進(jìn)行，通過使用激元激光器以編程的方式移除很少比特的材料。替代地，可通過使用在更大的區(qū)域中操作的激光工藝來進(jìn)行燒蝕工藝，這是較不可控的并且使用零件的金屬層以為燒蝕工藝提供掩膜。

制造工藝

圖2是示出了用于形成光學(xué)安裝設(shè)備的工藝的流程圖，該光學(xué)安裝設(shè)備用于安裝至少一個(gè)光學(xué)部件以形成光學(xué)連結(jié)。該工藝開始于步驟202。在步驟204，限定了一組不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及一組易燒蝕的層102(1)-102(N)。在步驟206，蝕刻不易燒蝕的層以在每層中限定幾何圖案?？梢岳斫獾氖牵喾N蝕刻工藝在PCB制造工業(yè)領(lǐng)域中是已知的。在步驟208，燒蝕工藝被應(yīng)用到不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及易燒蝕的層102(1)-102(N)的組以形成載體零件。該工藝結(jié)束于步驟210。

載體零件

圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、用于安裝光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件，其由燒蝕工藝精確地形成。載體零件302包括不易燒蝕的層104(1)-104(M)以及易燒蝕的層102(1)-102(N)的堆疊106。載體302包括通過燒蝕工藝形成的多個(gè)幾何圖案，例如110(1)-110(2)。幾何特征110(1)是用于安裝光纖的光 纖對(duì)齊溝槽或溝渠。幾何特征110(2)允許光學(xué)基座的安裝。

圖4A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、安裝有光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件。如圖4A所示，包覆被移除的光纖410被安裝在之前在圖3中示出的溝渠特征110(1)中，并且光學(xué)基座404被安裝在之前在圖3中示出的光學(xué)基座安裝特征110(2)中。光學(xué)基座404可容納光電二極管或者激光二極管。圖4A還示出了具有包覆402的光纖。

圖4B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、安裝有光纖線纜和光學(xué)基座的載體零件的另一視圖。特別地，圖4B示出了電氣粘接劑或焊料408，其用于將光學(xué)基座404電聯(lián)接到放大器或驅(qū)動(dòng)器芯片(在圖4B中未示出)。

圖5A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、用于光纖線纜的載體零件的機(jī)械參考。圖5A示出了具有包覆402的光纖。包覆被移除的光纖410安裝在不易燒蝕的層104(2)(可以是銅)的頂部上。第二不易燒蝕的層104(1)提供了用于沒有包覆402的光纖的安裝的進(jìn)一步的側(cè)向支撐。不易燒蝕的層104(1)-104(2)直接對(duì)應(yīng)于圖8中相同地標(biāo)記出的元件，其在下文中詳細(xì)地描述。

圖5B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、到光學(xué)基座以及載體零件中的抵靠耦接的光纖線纜的電連接。特別地，圖5B示出了電氣粘接劑或焊料408，其用于將光學(xué)基座408聯(lián)接到電氣軌跡604(12)和604(13),該電氣軌跡電聯(lián)接到放大器或驅(qū)動(dòng)器芯片(下文中關(guān)于圖8描述)。

圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的載體零件的下側(cè)，該載體零件還包括驅(qū)動(dòng)器或放大器芯片以及多個(gè)軌跡和用于PCB安裝的墊。軌跡606(1)和606(2)經(jīng)由電氣墊604(12)-604(13)(示于圖5B)電聯(lián)接到光學(xué)基座404。電604(1)-604(11)允許聯(lián)接到PCB。

圖7A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在應(yīng)用燒蝕工藝之前、安裝到板的示例性載體零件。堆疊106包括易燒蝕的層和不易燒蝕的層。圖7A也示出了在頂部的不易燒蝕的層104(1)中的多個(gè)幾何特征。特別地，不易燒蝕的層104(1)示出了幾何圖案108(1)和幾何圖案108(2)，幾何圖案108(1)將用于形成用于安裝光纖的溝渠特征，并且?guī)缀螆D案108(2)將用于形成光學(xué)基座安裝件。在圖7A中示出的未被標(biāo)記的額外的幾何特征，是用于形成槽，該槽將載體零件在周邊的最大部分上與板分隔開，以允許之后從板的容易的分離。

圖7B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在應(yīng)用燒蝕工藝之后、安裝到板的示例性載體零件。在燒蝕工藝之后，形成多個(gè)幾何特征，包括溝渠110(1)和光 學(xué)基座安裝件110(2)。

圖8示出了在燒蝕工藝后的一組銅和聚酰亞胺的層，得到了用于載體零件的一組幾何特征。堆疊106包括不易燒蝕的層104(1)-104(4)以及易燒蝕的層102(1)-102(4)。不易燒蝕的層104(1)-104(M)可以包括銅。如圖8所示，易燒蝕的層102(1)-102(4)可以包括聚酰亞胺。不易燒蝕的層104(1)已經(jīng)被蝕刻以形成多個(gè)幾何特征，例如108(1)。在應(yīng)用燒蝕工藝后，由不易燒蝕的層104(1)形成的掩膜和意圖為燒蝕的層102(1)，形成溝渠特征802(1)。

軌跡606(1)和606(2)分別經(jīng)由墊604(12)和604(13)通過使用過孔聯(lián)接到不易燒蝕的層104(3)。所有其他的連接橫穿所有的層并且將接地層彼此連接。

通過使用不易燒蝕的掩膜層(例如，諸如銅的金屬)，該工藝處理過程可通過通常的PCB結(jié)構(gòu)和交替的聚酰亞胺和金屬層而開始，其中金屬層可通過蝕刻而成型。頂部金屬層可以是幾乎完全封閉的，但是可留出窄槽以露出聚酰亞胺。聚酰亞胺然后可被激光燒蝕，以形成定位光纖通道的溝渠。為了限定溝渠的深度以及從而限定參考光纖的高度，第二金屬層104(2)可被引入以停止溝渠的燒蝕。

PCB結(jié)構(gòu)的第三金屬層(104(3))可包括墊604(12)-604(13)以聯(lián)接到光學(xué)基座(在圖3中未示出)。在激光燒蝕期間，聚酰亞胺可以從這些墊的點(diǎn)處移除。光學(xué)基座可以通過焊接或?qū)щ娬辰觿┗蚱渌线m的連接方法而連接?？梢氲谒慕饘賹?04(4)，其不具有燒蝕掩膜的功能，而是替代的包括軌跡和粘接墊以用于驅(qū)動(dòng)器或放大器以及將其連接到裝置的PCB的墊。

載體零件可制造為通常的PCB，雖然所要求的精度在一定程度上會(huì)受到挑戰(zhàn)。由于這是一個(gè)很小的零件(例如，2mm到3mm)，在標(biāo)準(zhǔn)的PCB板上可安裝有多個(gè)載體零件。也可以當(dāng)載體零件仍然在板上時(shí)進(jìn)行激光燒蝕工藝，以減少操作。也可應(yīng)用激光燒蝕工藝以部分地將載體零件從板上切下，并且使得它們可容易地移除用于隨后的組裝步驟。替代地，與板部分的脫開也可通過常見的PCB制造技術(shù)(諸如銑削)而進(jìn)行。對(duì)于隨后的組裝步驟，載體零件可以保留在完整的板上，或者板可被切成保持載體零件的較小的子板，或者載體零件可被切為松散的。

文中描述的制造工藝的精度來自于蝕刻工藝本身的精度。激光工藝無需具有很高的精確性。雖然，精確的激光工藝將是可能的，但是這種方法將是耗時(shí)并且從而更昂貴的。這是因?yàn)楦呔鹊募す庖笳募す馐?，這在每一 次僅可燒蝕很少比特的材料。如文中所描述的，精度可從蝕刻工藝獲得，在燒蝕工藝中獲得了一定的速度。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，載體零件可以被制造為具有以下特征：光纖對(duì)齊構(gòu)成(與溝渠相同)，用于安裝光學(xué)基座的墊，用于安裝驅(qū)動(dòng)器或放大器的墊，和用于連接到較不精確以及從而較低成本的PCB的墊。隨后的組裝順序可選擇為對(duì)于當(dāng)前應(yīng)用最為實(shí)際的方式。例如，光纖可被組裝為在第一步使其能夠?qū)⒐鈱W(xué)基座與光學(xué)對(duì)齊。然而，也可以完成整個(gè)零件、將其安裝到裝置PCB、以及在最后一步連接一定長(zhǎng)度的光纖。通常實(shí)際的方式是，當(dāng)載體零件仍然在板上時(shí)安裝驅(qū)動(dòng)器或放大器，將板切成較小的子板以安裝光學(xué)基座，以及然后安裝光纖或者組裝到PCB上，或者反之亦然。

從而已經(jīng)描述了本發(fā)明的一些特定實(shí)施例，多種替代方案、修改方案以及改進(jìn)方案對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是容易想到的。這些替代方案、修改方案以及改進(jìn)方案通過本公開將變得顯而易見，并且也是本說明書的一部分(雖然在文中并未清晰地描述)，并且在本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍內(nèi)。相應(yīng)地，前述說明書僅僅是示例，而非限制。本發(fā)明僅由在權(quán)利要求限定的以及其等同物所限制。