低成本、無(wú)連接器、加固小型光學(xué)子組件及數(shù)據(jù)盒中總線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及光學(xué)子組件和數(shù)據(jù)總線。具體地，涉及低成本、無(wú)連接器、加固的小型光學(xué)子組件(OSA)和數(shù)據(jù)盒中總線(data bus-1n-a-box, BiB)設(shè)計(jì)以及組裝過程。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，飛行器(例如，現(xiàn)代飛行器)中采用的一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線架構(gòu)(例如，ARINC塑料光纖(POF) 629數(shù)據(jù)總線)需要針對(duì)每個(gè)信道的獨(dú)立封裝光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)。它還需要獨(dú)立封裝的無(wú)源光學(xué)星形耦合器。這些獨(dú)立的封裝單元通過完全加套的飛行器POF電纜互連在一起，而飛行器POF電纜在安裝過程中會(huì)存在濫用。這些封裝所需的連接器不僅僅沉重、體積大以及成本昂貴，而且，還對(duì)系統(tǒng)的光功率預(yù)算添加明顯的光學(xué)衰減。光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)和光學(xué)星形耦合器還需要自定義設(shè)計(jì)的支撐支架和導(dǎo)軌，從而將其安裝在飛行器結(jié)構(gòu)元件上。必須獨(dú)立制造和測(cè)試每個(gè)OMC(包含傳輸(Tx)光學(xué)子組件(OSA)和接收(Rx)OSA)和光學(xué)星形耦合器，從而造成更多的時(shí)間和成本。當(dāng)OMC出現(xiàn)故障時(shí)，飛行器技工必須移除OMC并且在其原位安裝新的0MC，從而需要額外的時(shí)間和成本。因此，需要改進(jìn)的數(shù)據(jù)總線架構(gòu)設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本公開涉及一種用于光學(xué)子組件(OSA)的方法、系統(tǒng)、以及裝置，在公開的BiB設(shè)計(jì)中，可以采用該光學(xué)子組件(0SA)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，用于制造光學(xué)子組件(OSA)的方法包括:將鎖緊螺母的第一端插入封裝體的第一腔中。該方法進(jìn)一步包括:將晶體管外形(TO)殼體的第一端插入到封裝體的第二腔中。此外，該方法包括:從光纖(例如，塑料光纖(POF))的端部將封套的一部分剝落，從而使得在光纖的該端部處將裸光纖暴露。此外，該方法包括:將光纖的該端部插入到鎖緊螺母的第二端中，以使得裸光纖穿入封裝體中并且使得裸光纖的至少一部分插入TO殼體的腔中。進(jìn)一步地，該方法包括:將膠合劑散布到封裝體的第三腔中，從而環(huán)境地密封光纖的裸部分。
[0004]在一種或多種實(shí)施方式中，TO殼體是氣密密封的TO殼體。
[0005]在至少一種實(shí)施方式中，TO殼體可包括透鏡。
[0006]在一種或多種實(shí)施方式中，OSA自O(shè)SA的安裝表面的平面傾斜近似三十(30)度。
[0007]在至少一種實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括:通過使螺釘穿過板中的開口而進(jìn)入OSA的底側(cè)上的安裝螺釘孔中，來(lái)使用至少一個(gè)螺釘將OSA的底側(cè)固定至板的安裝表面，從而將OSA安裝至板上。
[0008]在一種或多種實(shí)施方式中，板是光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)印刷電路板(PCB)。
[0009]在至少一種實(shí)施方式中，OSA是光傳輸器。在一些其他實(shí)施方式中，OSA是光接收器。
[0010]在一種或多種實(shí)施方式中，包括封套的光纖(例如，塑料光纖)具有近似2.2毫米(_)的典型直徑，并且可以接受降至近似1.5mm的直徑尺寸(S卩，從近似1.5mm至近似2.2mm的直徑范圍)。在一些實(shí)施方式中，無(wú)封套的裸光纖(例如，塑料光纖)具有近似I毫米(mm)的直徑。
[0011]在至少一種實(shí)施方式中，膠合劑是軍用標(biāo)準(zhǔn)(mil-spec)級(jí)環(huán)氧樹脂。
[0012]在一種或多種實(shí)施方式中，方法進(jìn)一步包括:將膠合劑散布到鎖緊螺母的第二端中，以將鎖緊螺母固定至封裝體。
[0013]在至少一種實(shí)施方式中，方法進(jìn)一步包括:通過由冷卻聚合物材料模制封裝體而制造封裝體。
[0014]在一種或多種實(shí)施方式中，用于光學(xué)子組件(OSA)的裝置包括:封裝體；和鎖緊螺母，其中，鎖緊螺母的第一端插入到封裝體的第一腔中。該裝置進(jìn)一步包括晶體管外形(TO)殼體，其中，TO殼體的第一端插入到封裝體的第二腔中。此外，該裝置包括光纖(例如，塑料光纖)，其中，從光纖的端部將封套的一部分剝落，從而使得在光纖的該端部處將裸光纖暴露。在一種或多種實(shí)施方式中，光纖的端部插入到鎖緊螺母的第二端中，以使得裸光纖穿入封裝體并且使得裸光纖的至少一部分插入TO殼體的腔中。在至少一種實(shí)施方式中，將膠合劑散布(例如，插入)封裝體的第三腔中，從而環(huán)境地密封裸光纖(例如，塑料光纖)。
[0015]在至少一種實(shí)施方式中，TO殼體被氣密密封。
[0016]在一種或多種實(shí)施方式中，封裝體由模制的冷卻聚合物材料制造。
[0017]在本公開的各種實(shí)施方式中可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者可以結(jié)合又一些其他實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)特征、功能、以及優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018]參考下列描述、所附權(quán)利要求、以及所附附圖，本公開的這些和其他特征、方面、以及優(yōu)點(diǎn)將變得更易于理解，其中:
[0019]圖1A和圖1B是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的公開的光學(xué)子組件(OSA)封裝體的示圖。
[0020]圖2是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的公開OSA的組裝過程的示圖。
[0021]圖3A和圖3B是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的公開OSA的組裝過程的附加圖。
[0022]圖4是根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的用于制造OSA的公開方法的流程圖。
[0023]圖5A、圖5B、以及圖5C是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的傳輸(Tx)光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)和組裝過程的示圖。
[0024]圖6是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的將Tx OSA安裝至Tx OMC PCB上的組裝過程的示圖。
[0025]圖7A和圖7B是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的接收器(Rx)OSA的組裝過程的示圖。
[0026]圖8A、圖8B、以及圖8C是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的Rx OMC PCB設(shè)計(jì)和組裝過程的示圖。
[0027]圖9是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的將Rx OSA安裝至Rx OMC PCB的組裝過程的示圖。
[0028]圖10是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的安裝在銅芯PCB母板上的光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)(包括Tx OMC部分和Rx OMC部分)的組裝的示圖。
[0029]圖11是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的安裝在銅芯PCB母板上的OMC (包括Tx OMC部分和Rx OMC部分)的細(xì)節(jié)的示圖。
[0030]圖12是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的插入到3MCU尺寸的數(shù)據(jù)盒中總線(BiB)的背板(back plane)中的組裝PCB母板的示圖。
[0031]圖13是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的插入到3MCU尺寸的數(shù)據(jù)盒中總線(BiB)的背板中的組裝PCB母板的細(xì)節(jié)的示圖。
[0032]圖14是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的從POF星形耦合器至Tx OMC部分和Rx OMC部分并且至數(shù)據(jù)BiB的端上的光學(xué)連接器的塑料光纖(POF)的連接的示圖。
[0033]圖15是示出了根據(jù)本公開的至少一種實(shí)施方式的最終組裝之后的數(shù)據(jù)BiB的內(nèi)部示圖的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本文中公開的方法和裝置提供一種用于低成本、無(wú)連接器、加固的小型(smallform factor)光學(xué)子組件(optical sub-assembly) (OSA)和數(shù)據(jù)盒中總線(BiB)設(shè)計(jì)以及組裝過程的操作系統(tǒng)。本公開涉及傾斜的光學(xué)子組件(OSA)的設(shè)計(jì)和制造過程。公開的OSA為公開的數(shù)據(jù)BiB設(shè)計(jì)的印刷電路板(PCB)(例如，母板)上的電子電路提供最大空間分配；同時(shí)，保持傳輸器和接收器的最佳光學(xué)性能以提供現(xiàn)代飛行器的POF 629系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線所需的54分貝(dB)功率預(yù)算的最小值。
[0035]公開的OSA設(shè)計(jì)使用POF鎖緊螺母和高精度、高導(dǎo)熱性和電絕緣、模制的冷卻聚合物封裝體以將激光傳輸器和接收器嵌入在氣密密封的晶體管外形(TO)殼體封裝中。冷卻聚合物封裝體被精確模制，以使POF與激光傳輸器和接收器被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)，而不需要?jiǎng)趧?dòng)密集的POF主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)步驟。使用軍用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)環(huán)氧樹脂將鎖緊螺母固定在一起提供了 POF端表面至TO殼體的表面的環(huán)境密封。使用POF鎖緊螺母消除了使用連接器耦接POF的需求，從而進(jìn)一步減少了數(shù)據(jù)BiB POF 629系統(tǒng)的組裝成本。公開的OSA設(shè)計(jì)滿足了飛行器生產(chǎn)用的POF 629系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的低成本、高性能、以及嚴(yán)格的環(huán)境要求。
[0036]示例性現(xiàn)代飛行器的POF 629數(shù)據(jù)系統(tǒng)總線架構(gòu)需要三十(30)個(gè)光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)。公開的數(shù)據(jù)BiB設(shè)計(jì)利用了 3MCU尺寸的盒(S卩，3.56英寸(”)寬度(W)X 7.46”高度(H)X 12.76”深度(D))。因此，需要將30個(gè)光傳輸器和接收器整合在小型尺寸的盒中(例如，3MCU尺寸的盒)。因?yàn)殡娮与娐氛紦?jù)BiB設(shè)計(jì)的PCB(例如，母板)上的大多數(shù)空間，所以常規(guī)的平坦表面、纖維光收發(fā)器封裝形狀因素過大，以至于不能被整合到公開的BiB PCB中。為了解決這個(gè)問題，每個(gè)OMC均采用了傾斜的Rx OSA和傾斜的Tx 0SA。公開的傾斜的OSA設(shè)計(jì)允許將30個(gè)OMC封裝到公開的數(shù)據(jù)BiB的小型尺寸的盒中。
[0037]本公開提供了使用公開的POF 629光數(shù)據(jù)BiB替換ARINC 629系統(tǒng)總線的銅總線電纜、四芯電纜、耦合器、以及復(fù)雜耦合器面板組件的構(gòu)思，其中，現(xiàn)代飛機(jī)中目前采用RINC629系統(tǒng)總線。POF 629數(shù)據(jù)BiB的基本解決方法是使用塑料光纖(POF)、光介質(zhì)轉(zhuǎn)換器(OMC)、以及POF耦合器(例如，星形耦合器)替換當(dāng)前模式的耦合器數(shù)據(jù)總線。通過使用公開的數(shù)據(jù)BiB (而非使用傳統(tǒng)的銅ARINC 629數(shù)據(jù)總線)，使得每個(gè)飛機(jī)的預(yù)計(jì)重量節(jié)省超過100鎊(Ibs)，并且每個(gè)飛機(jī)的預(yù)計(jì)成本節(jié)省超過$100K。
[0038]示例性的現(xiàn)代飛行器系統(tǒng)總線架構(gòu)在飛行器的前(或機(jī)身前)部分中連接多達(dá)30個(gè)線路替換單元(LRU)并且在飛機(jī)的后(或機(jī)尾)部分中連接2至4個(gè)LRU。為了實(shí)現(xiàn)公開的系統(tǒng)數(shù)據(jù)BiB設(shè)計(jì)的希望尺寸、重量、功率、以及成本減少，就需要挑戰(zhàn)將30 (例如，25個(gè)加上5個(gè)備用)個(gè)OMC封裝并且組裝到緊湊的3MCU (或4MCU)尺寸的航空箱中，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)商用航空電子設(shè)備環(huán)境所需的高可靠性和強(qiáng)度。下面描述的圖討論了關(guān)于公開的數(shù)據(jù)BiB的公開的光學(xué)子組件(OSA)設(shè)計(jì)和組裝過程。OSA設(shè)計(jì)和組裝過程是在現(xiàn)代飛機(jī)中實(shí)現(xiàn)POF 629系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的希望尺寸、重量、功率、以及成本減少目標(biāo)的關(guān)鍵。
[0039]數(shù)據(jù)BiB中的每個(gè)OMC均由傳輸器(Tx) PCB和接收器(Rx) PCB組成。每個(gè)Tx P