專利名稱：Eo－pcb板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
曹明翠本發(fā)明涉及EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件及制備方法。
背景技術(shù)：
由于航天、星載、軍事現(xiàn)代化和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，下一代信息設(shè)備必須向著T比特量級處理速率發(fā)展，在處理器之間的處理速率必須為10-40Gbps。信號互連的延遲和帶寬是必須首先解決的關(guān)鍵問題，高速互連交換技術(shù)也已經(jīng)成為高性能計算機系統(tǒng)研究的重中之重。
雖然高帶寬電信號傳輸具有技術(shù)相對成熟、接口實現(xiàn)容易、傳輸帶寬高、交換延遲小、成本相對較低等優(yōu)點，但由于電互連有限帶寬的物理原因，傳輸高速信號時，互連密度、時鐘偏斜、能耗、抗干擾性、傳輸距離等方面受限，進一步提高電信號的傳輸帶寬面臨“電子”瓶頸，難以滿足高性能計算機和高速信息設(shè)備對更高傳輸帶寬和更長傳輸距離的要求。光作為信息載體，具有極高帶寬，沒有信號失真、串話和時鐘歪斜問題，并且具有帶寬高、能耗低、傳輸距離長、互連密度高、抗干擾能力強等優(yōu)點，寬帶高密度的光纖網(wǎng)絡(luò)背板等光互連技術(shù)已經(jīng)在多機柜互連中獲得了廣泛的應(yīng)用。
下一代超小型、寬帶、高速、大容量的信息設(shè)備中，在同一塊多層印制板即PCB板上多塊高速大規(guī)模IC芯片之間的互連，由于PCB印制板的電子互連的有限帶寬，已經(jīng)成為高速信號傳輸?shù)钠款i。為了解決此問題，目前正在發(fā)展一種新技術(shù)，就是帶光波道層EO-PCB板技術(shù)，即在PCB板中嵌入一層光波導(dǎo)層，傳輸高速光信號，也就是說，多塊高速大規(guī)模IC芯片之間的高速電信號，轉(zhuǎn)變成光信號在光波導(dǎo)層中傳輸，而低速信號仍然在傳統(tǒng)的PCB板傳輸。該帶光波道層EO-PCB板技術(shù)，已經(jīng)成為克服該瓶頸的有效途徑，見圖1。該帶光波道層EO-PCB板技術(shù)主要解決兩大問題，第一個問題是在傳統(tǒng)的PCB工藝中嵌入大面積、低成本的光波導(dǎo)層，第二個關(guān)鍵技術(shù)是光波導(dǎo)層的輸入和輸出光耦合接口組件。該輸入和輸出光耦合接口組件要滿足以下要求其一，光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)層中的光信號是在水平面方向傳輸信息，而輸入和輸出光耦合接口要將信光號的傳輸方向轉(zhuǎn)90°，傳輸方向向上或向下；其二，由于高速超大規(guī)模IC芯片的高速信號是以光窗口VCSEL和PIN芯片作為光信號輸入和輸出端口，VCSEL和PIN芯片中的并行象元之間的間距嚴(yán)格為250μm，其誤差為0.2μm。EO-PCB板中的光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光耦合接口組件的光端口陣列，要與高速超大規(guī)模IC芯片光窗口VCSEL和PIN芯片并行象元一一對應(yīng)，并且每一條輸入和輸出光位置的定位誤差嚴(yán)格為0.2-0.5μm；其三，超大規(guī)模IC芯片光窗口和光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光端口之間要進行一一對應(yīng)的高效的光耦合；其四，光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光端口，能對光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)層的每一條光波導(dǎo)的性能方便地進行測試。目前，一些論文提出了輸入和輸出接口的結(jié)構(gòu)，如采用45°反射鏡和微透鏡陣列的自由空間耦合結(jié)構(gòu)等，這些結(jié)構(gòu)都不可能同時嚴(yán)格滿足以上四大要求。所以，光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光耦合接口組件的結(jié)構(gòu)和制作工藝，已經(jīng)成為EO-PCB板技術(shù)的關(guān)鍵難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提出一種EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件及制備方法，該新型的EO-PCB板中光波導(dǎo)層的輸入和輸出光耦合接口組件不但可以滿足以上所述的四大要求，而且該耦合接口組件是一種集成組件，很方便進行裝配。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件，為集成化的模塊結(jié)構(gòu)。首先設(shè)計出模具，其模具制作出的塑料模塊具有以下的特征該模塊為一個二階梯型模塊，分上臺階面和下臺階面，在上、下兩臺階交界面處設(shè)有兩類定位銷孔、n個光纖定位孔，和分別分布在兩側(cè)的2個定位銷孔，且這兩類孔均為通孔。在下臺階表面上沿著n個通孔下半園的外切面，刻制有n個V形光纖定位槽。將一次n條光纖帶中每一條光纖分別從每一個V形定位槽上，插入n個光纖定位孔內(nèi)，并讓n條光纖露出端面外。從每一條光纖端口注入UV光化膠或熱固化膠固化，在注固化膠時，對膠量要進行嚴(yán)格控制，孔內(nèi)膠完全包圍光纖，而V形槽上的膠量嚴(yán)格控制讓膠只能占每一條光纖的下半部分。固化時，讓每一條光纖下部分緊密牢固地固定在每一條V形槽表面，而每一條光纖的上半部分完全裸露在外。
固化后，定位在模塊中光纖的兩端，即模塊的兩端要進行研磨，擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面。而位于定位孔內(nèi)的光纖的另一端面進行平面研磨，加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面，其中n為自然數(shù)。
所述兩類通孔的的中心位于二階梯的交界面上，通孔的上、下兩半分別在上、下兩臺階中。
所述光纖定位孔的孔徑ф為126μm，定位銷孔的孔徑Φ為0.7mm。
所述V形光纖定位槽的角度為60°左右。
所述二階梯型模塊的上臺階層長度為1-1.5mm，下臺階層的長度為0.8-1mm。
所述分別分布在兩側(cè)孔徑Φ為0.7mm的2個定位銷孔，是作為與1xnVCSEL/PIN并行發(fā)射和接收模塊測試光源匹配的定位銷孔，將并行發(fā)射和接收模塊的定位銷孔與光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件的定位銷孔完全對準(zhǔn)，并用孔徑Φ為0.7mm的定位銷桿固定后，這就是并行發(fā)射或接收模塊中每一個象元，與光耦合接口組件中的每一條光纖一一對準(zhǔn)了。1xn并行發(fā)射模塊中每一個VCSEL發(fā)射的激光，通過光耦合接口組件中的每一條光纖，傳送到EO-PCB板中光波導(dǎo)層的相應(yīng)的每一條光波導(dǎo)，因此，就可以對每一條光波導(dǎo)的性能進行測試。
EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件的制備方法，按以下步驟進行(1)、首先設(shè)計出模具，其模具制作出的塑料模塊具有以下的特征一個模塊分上臺階面和下臺階面的二階梯型模塊，在上、下兩臺階交界面處有兩類通孔，兩個定位銷孔和n個光纖定位孔，在下臺階表面上沿著n個通孔下半園的外切面，有n個V形光纖定位槽；(2)將n條光纖帶中每一條光纖分別從每一個V形定位槽上，插入n個光纖定位孔內(nèi)，并讓n條光纖露出端面外；(3)從擱置在V形定位槽上，插入n個光纖定位孔內(nèi)，并露出端面外的n條光纖一端口，注入UV光化膠或熱固化膠固化。在注固化膠時，對膠量要進行嚴(yán)格控制，孔內(nèi)膠完全包圍光纖，而V形槽上的膠量嚴(yán)格控制讓膠只能占每一條光纖的下半部分，固化時，讓每一條光纖下部分緊密牢固地固定在每一條V形槽表面，而每一條光纖的上半部分完全裸露在外。
(4)將定位在模塊中光纖的兩端，即模塊的兩端面要進行研磨，擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面。而位于定位孔內(nèi)的光纖的另一端面進行平面研磨，加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面。
(5)分別分布在兩側(cè)孔徑Φ為0.7mm的2個定位銷孔，要與相應(yīng)的1xn VCSEL/PIN并行發(fā)射和接收模塊測試光源的定位銷孔完全匹配。以便需要對每一條光波導(dǎo)的性能進行測試時，將并行發(fā)射和接收模塊的定位銷孔與光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件的定位銷孔完全對準(zhǔn)，并用孔徑Φ為0.7mm的定位銷桿將二者固定后，這就是并行發(fā)射或接收模塊中每一個象元，與光耦合接口組件中的每一條光纖一一對準(zhǔn)了。1xn并行發(fā)射模塊中每一個VCSEL發(fā)射的激光，通過光耦合接口組件中的每一條光纖，傳送到EO-PCB板中光波導(dǎo)層的相應(yīng)的每一條光波導(dǎo)，就可以對每一條光波導(dǎo)的性能進行測試。
本發(fā)明提出了一種新型的EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件，該耦合接口組件不但可以滿足以下所述的四大要求一、在輸入和輸出接口將光信號傳輸方向轉(zhuǎn)90°，從水平面?zhèn)鬏斝盘柗较蜣D(zhuǎn)向向上或向下；其二，完全與間距嚴(yán)格為250μm的光窗口VCSEL和PIN芯片中陣列象元一一對應(yīng)，每一條輸入和輸出光端口位置的定位誤差嚴(yán)格小于0.5μm左右；其三，超大規(guī)模IC芯片光窗口和光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光端口之間一一對應(yīng)的高效、緊湊的光耦合；其四，光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光端口，能對光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)層的每一條光波導(dǎo)的性能方便地進行測試。而且該光耦合接口組件為集成化的模塊結(jié)構(gòu)，很方便進行裝配。


圖1為現(xiàn)有帶光波導(dǎo)層EO-PCB板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的二階梯型模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為n條裸光纖用n個V型槽和n光定位孔定位圖。
圖4為在n個V型槽和n光定位孔的光纖進行注較、固化。
圖5為兩端面分別加工成45°和平面的光波導(dǎo)層的并行輸入和輸出光耦合接口組件。
圖6為該光耦合接口組件與EO-PCB板中光波導(dǎo)層精密耦合。
圖7為帶90°支撐架的輸入和輸出光耦合接口組件圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件，為集成化的模塊結(jié)構(gòu)，如圖2所示。首先設(shè)計出模具，其模具制作出的塑料模塊具有以下的特征該塑料模塊是一種二階梯型模塊，側(cè)面圖為ABCDEF，和A1B1C1D1E1F1，分上臺階面和下臺階面，以上臺階面和下臺階面交界面為中心面，有兩類通孔，中間n個通孔為光纖定位孔001，孔徑φ約為126μm。分布在兩側(cè)的兩個孔，為定位銷孔002，孔徑Φ約為0.7mm。這些通孔的中心位于二階梯的交界面DD1上，通孔的上、下兩半分別在上、下兩臺階中。在下臺階表面上沿著6個通孔下半園的外切面，刻制有n個角度約60°V形槽，為光纖定位槽003，上臺階層長度h約1-1.5mm，下臺階層的長度f約0.8-1mm；完成塑料模塊制作后，沿著中心n個光纖定位槽，分別將外徑為125μm裸光纖，從V形槽003插入到n個孔內(nèi)004，光纖長度為(h+f)，如圖3所示。n條裸光纖一部分在孔內(nèi)，另一部分?jǐn)R置在V形槽上，一端露出塑料模塊AFF1A1端面，而另一端露出CBB1C1端面。從AFF1A1端面的每一條光纖端口注入UV光化膠，或熱固化膠。注固化膠時，要對膠量要進行嚴(yán)格控制，孔內(nèi)膠完全包圍光纖，而V形槽上的膠量嚴(yán)格控制，只能讓膠占每一條光纖下半部分。固化時，讓每一條光纖下部分緊密，而又牢固地固定在每一條V形槽表面，而每一條光纖的上半部分完全裸露在外，如圖4所示。
在塑料模塊光纖定位孔內(nèi)插入n條光纖，而光纖的另一端擱置在V形槽上，注入UV膠固化后，光纖的兩端要進行研磨。露出在塑料模塊的AFF1A1端的光纖端面進行平面研磨，加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面。而擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面，如圖5所示。使得激光束并行光纖軸垂直入射光纖的平面一端時，光沿著光纖傳輸?shù)焦饫w的45°端面，在光纖的45°端面進行全反射，成90°垂直輸出光纖表面。如將平面波道的平面端口緊密地靠近光纖的45°端面，則從光纖的45°端面進行全反射的光直接耦合到平面波道中進行傳輸。若將并行發(fā)射和接收模塊的定位銷孔與光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件的定位銷孔完全對準(zhǔn)，并用孔徑Φ為0.7mm的定位銷桿將二者固定后，這就是將并行發(fā)射或接收模塊中每一個象元，與光耦合接口組件中的每一條光纖一一對準(zhǔn)了。1xn并行發(fā)射模塊中每一個VCSEL發(fā)射的激光，通過光耦合接口組件中的每一條光纖，傳送到EO-PCB板中光波導(dǎo)層的相應(yīng)的每一條光波導(dǎo)，就可以對每一條光波導(dǎo)的性能進行測試，如圖6所示。為了使該光耦合接口組件的每一條光纖與EO-PCB板中光波導(dǎo)層相應(yīng)的每一條波導(dǎo)準(zhǔn)確、緊密的對準(zhǔn)耦合，在其AKK1A1外側(cè)加一個90°直角支撐架005，如圖7所示。一方面可以保證光耦合接口組件的每一條光纖與EO-PCB板中光波導(dǎo)層006相應(yīng)的每一條波導(dǎo)成90°，另一方面可以加固二者耦合接口的強度。
權(quán)利要求
1.EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件，為集成化的模塊結(jié)構(gòu)，其特征在于該模塊為一個二階梯型模塊，分上臺階面和下臺階面，在上、下兩臺階交界面處設(shè)有兩個定位銷孔、n個光纖定位孔，且這兩類孔均為通孔，在下臺階表面上沿著n個通孔下半園的外切面，刻制有n個V形光纖定位槽，將n條光纖分別插入n個光纖定位孔內(nèi)和擱置在V形定位槽上，從每一條光纖端口注入UV光化膠或熱固化膠固化，固化后，光纖的兩端要進行研磨，擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面，光纖的另一端面進行平面研磨、加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面，其中n為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述兩類通孔的的中心位于二階梯的交界面上，通孔的上、下兩半分別在上、下兩臺階中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述光纖定位孔的孔徑φ為126μm，定位銷孔的孔徑Φ為0.7mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述V形光纖定位槽的角度為60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述二階梯型模塊的上臺階層長度約為1-1.5mm，下臺階層的長度約為0.8-1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于所述孔徑Φ為0.7mm的定位銷孔，應(yīng)與并行發(fā)射和接收模塊的定位銷孔完全匹配。
7.EO-PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件的制備方法，按以下步驟進行(1)、首先設(shè)計出模具，其模具制作出的塑料模塊具有以下的特征一個分上臺階面和下臺階面的二階梯型模塊，在上、下兩臺階交界面處打通兩個定位銷孔和n個光纖定位孔，在下臺階表面上沿著n個通孔下半園的外切面，刻制有n個V形光纖定位槽；(2)將n條光纖分別從V形定位槽插入n個光纖定位孔內(nèi)，并讓光纖頭露出端面；從每一條光纖端口注入UV光化膠或熱固化膠，與模塊固化成一個整體；(3)將光纖的兩端進行研磨，擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面，光纖的另一端面進行平面研磨、加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在注固化膠時，對膠量要進行嚴(yán)格控制，孔內(nèi)膠完全包圍光纖，而V形槽上的膠量嚴(yán)格控制讓膠只能占每一條光纖的下半部分，固化時，讓每一條光纖下部分緊密牢固地固定在每一條V形槽表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種EO－PCB板中光波導(dǎo)層輸入和輸出光耦合接口組件及制備方法，該耦合接口組件的模塊為上、下臺階面的二階梯型模塊，在交界面處設(shè)有定位銷通孔和光纖定位通孔，在下臺階表面上沿著定位通孔的外切面，刻制V形光纖定位槽，將光纖分別插入光纖定位孔內(nèi)和擱置在V形定位槽上，從每一條光纖端口注入UV光化膠或熱固化膠固化，固化后，光纖的兩端要進行研磨，擱置在V形槽一端的光纖端面研磨成與光纖軸成45°的光學(xué)平面，光纖的另一端面進行平面研磨、加工成垂直光纖軸的光學(xué)平面，其中n為自然數(shù)。本發(fā)明耦合接口組件不但可以滿足光傳輸轉(zhuǎn)向、定位誤差、緊湊的光耦合和方便測試，而且該耦合接口組件為集成化的模塊結(jié)構(gòu)，很方便進行裝配。
文檔編號G02B6/26GK1940608SQ20061001960
公開日2007年4月4日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者曹明翠 申請人:武漢海博光技術(shù)有限公司