非接触式自由空间光链路的光电模块、多通道模块、互连系统、制造及连接到板的方法技术方案

本发明专利技术涉及用于非接触式自由空间光链路的光电模块、相关联的多通道模块、相关联的互连系统、制造及连接到板的方法。将来自电子板的电信号转换成在自由空间中传播的光信号或将光信号转换成电信号的光电模块(M)包括如下的堆叠：电子板(1)，用于充当与电子应用板的接口；适于控制光电部件的电子控制部件(2)，该电子控制部件直接附接到电子板上且电连接到电子电路；适于借助其上表面发送或接收光信号的光电部件(3)，光电部件直接附接在电子控制部件的顶部上且电连接到电子控制部件；适于发送光信号的光学设备(9)；光学设备支承件(10)，该支承件优选通过胶合或钎焊直接附接到电子板，从而确保光学设备与光电组件之间的机械对准。

Optoelectronic module, multi-channel module, interconnection system, manufacturing method of non-contact optical link, and method for connecting the same

The present invention relates to a photoelectric module for a non-contact free space optical link, an associated multi-channel module, an associated interconnection system, a method of manufacturing the same, and a method for connecting to a board. The electrical signal from the electronic board is converted into optical signals propagating in the free space or converts the light signal into the electrical signal of the photoelectric module (M) includes the following: the stacked electronic board (1), and to serve as board interface for electronic applications; electronic control unit control photoelectric components (2), the the electronic control unit is directly attached to the electronic board and electrically connected to the electronic circuit; for by means of the optical components on the surface of sending or receiving the optical signal (3), photoelectric components directly attached to the top of the electronic control unit and is electrically connected to the electronic control parts; optical equipment for transmitting an optical signal (9) optical equipment; support (10), the support member preferably by bonding or brazing directly attached to the electronic board, so as to ensure that between optical equipment and optoelectronic components, mechanical alignment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于非接触式自由空间光链路的光电模块，该光电模块通常意图被钎焊到电子板上，在用于“印刷电路板”的英文缩写PCB的情况下也被称为印刷电路且被称为应用板，以及意图用于将电信号转换成光信号或者将光信号转换成电信号。本专利技术涉及发射器模块和接收器模块以及互连系统，该互连系统包括至少一个具有发射器模块的设备和至少一个具有适用于与发射器模块光耦合的接收器模块的设备，意图用于通过发射器模块将电信号转换成光信号以及通过接收器模块将由发射器模块发送的且由接收器模块接收的光信号转换成电信号。本专利技术所针对的主要应用是两个电子板之间的链路，通常称为板对板连接。更一般地，本专利技术可以涉及装备的两个相邻物件之间的任何链路，如果需要，则一个物件和/或另一个物件相对彼此移位。本专利技术主要旨在改善安装在电子板上的光电模块的紧密度，尤其用于减小电子板上的占用空间。本专利技术总体涉及光学互连系统，其意图尤其实施在医学领域、航空领域或运输领域、太空领域、电信领域、数据通信领域和工业领域(即“市场对市场应用”)中。
技术介绍
对于制造两个电子应用板(或换言之，“终端使用的”电子板)之间的互连系统，已知几种类型的链路。首先，可以引用针对非常高吞吐量的系统展现出多个主要缺陷的板间电子链路。首先，当它们展现显著密度的通道时，在通道之间产生电磁干扰，信号频率增大越多，该电磁干扰对信号质量损害越大。于是，作为“背板”连接的电子链路(其在电信领域和数据处理行业中是有用的)由于衰减和阻抗匹配的问题而无法很容易地在兼容板间最大距离(在背板上)的规模上实现非常高吞吐量的电信号。也已知接触式光链路系统，其使用光电模块和由一个或多个光纤创建的光链路。每个光电发射器或接收器模块(通常在用于“光学子组件”的英文缩写OSA的情况下被提及)包括电子板、光电部件及其电子控制部件、可以以带状物连接的一个或多个光纤、以及在光电部件与一个或多个光纤之间的光耦合设备。然后每个OSA模块被附接，优选地通过钎焊到应用板上，因此功能性光链路系统包括至少一个发射器模块(用于“发射器光学子组件”的TOSA)和至少一个选择性地联接到TOSA发射器模块的接收器模块(用于“接收器光学子组件”的ROSA)。可以引用由申请人RADIALL出售的被称作的商品，这些商品可以涉及ROSA模块或TOSA模块或包含ROSA模块和TOSA模块二者的系统。尽管已经给出这些光链路系统且这些光链路系统尤其在性能方面、特别是针对高吞吐量信号还给出完全的满足，但是这些光链路系统仍可以被改善，特别是在模块的重量方面、规模方面和制造成本方面。与一些嵌入式应用相关联的需求意味着，光电模块(发射器或接收器)在每个应用板上可以占用的最大规模非常小。因此，对于一些航空应用，一个模块在应用板上可能的占用空间必须小于100mm2。然而，所有已知的光纤光电模块(诸如在范围内呈现的光纤光电模块)由于实施与光纤接合所需的连接或由于在TOSA或ROSA内直接使用光纤而展现出大得多的占用空间。此外，较小占用空间的约束意味着，存在要考虑在内的其它需求：-在0到几十千兆比特/秒(Gbps)或千兆赫兹的频段中提供数字信号或模拟信号的电光(发射器)和光电(接收器)转换，-将光信号从一个板路由至另一个板，不管不完全的发射器/接收器对准(横向的且有角度的偏移)以及在这些条件下确保链路的持续性，-限定稳健的链路，即兼容高度约束的环境(诸如航天环境、航空环境、医疗环境、电信环境和防御环境)，并且尤其能够在从-40℃到+85℃的温度下运行，以及根据有效的航空标准抵挡冲击和振动，-具有非常低的电损耗，通常小于150mW。此外，例如，如果新的高吞吐量的宽带链路必须被并入系统(该系统的几个元件(比如背板)保持固定)中，则找到替选技术也是有用的。因此，具有改善自由空间光链路而不与光电模块机械接触的特定需求，目的在于减小光电模块在其意图附接到的电子板上的占用空间。更一般地，具有利用满足该特定需求的光电模块来改善非接触式自由空间光链路的需求，目的尤其在于允许小的或甚至非常小的板对板距离、提供高的电光和光电信号转换率、不管发射器模块和接收器模块之间的不完全的对准而实现信号的高效传输、兼容航空环境、以及具有低的电损耗。本专利技术的目的是至少部分地解决该需求或这些需求。
技术实现思路
为此，本专利技术的主题是光电模块，所述光电模块用于将来自电子板的电信号转换成在自由空间中传播的光信号或将所述光信号转换成所述电信号，所述光电模块包括如下的堆叠：-电子板，所述电子板用于充当与电子应用板的接口；-电子控制部件，所述电子控制部件适于控制光电部件，所述电子控制部件直接附接到所述电子板上且电连接到电子电路；-光电部件，所述光电部件适于借助其上表面发送或接收光信号，所述光电部件直接附接在所述电子控制部件的顶部上且电连接到所述电子控制部件；-光学设备，所述光学设备适于发送光信号；-光学设备支承件，所述支承件优选地通过胶合或钎焊而直接附接到所述电子板上，从而确保所述光学设备与所述光电部件之间的机械对准。要说明的是，在本专利技术的背景下，光电模块的电子板是印刷电路或介电材料(诸如氧化铝)的薄片的堆叠体，其中形成有电子电路。模块的电子板需要独立于根据本专利技术的模块意图附接的应用板或终端使用的电子板。将根据本专利技术的光电模块附接到应用板上可以通过二者的电互连来实现。作为变型，对于可拆卸的/可重装的模块，在应用板上可以在模块上和应用板上的电连接器的帮助下用可移除的连接替代电互连。此处以及本专利技术的背景下的“光电部件”和“电子控制部件”指的是裸露的部件，即它们没有被封在包装内，或换言之，它们没有被封装在电绝缘涂层(通常被称为“包装”)中。根据本专利技术的模块可以包括发射器模块，所述电子控制部件是用于面射型光电部件的控制电路。所述电子控制部件可以是垂直腔面发射激光二极管(VCSEL)或发光二极管(LED)或任何其它垂直光电发射器的控制电路。根据本专利技术的光电模块还可以包括接收器模块，所述电子控制部件是转阻放大器，所述光电部件是光电二极管、尤其是PIN光电二极管。根据本专利技术的模块有利地以距其互补性模块1mm和400mm之间的距离进行布置。所述电子控制部件可以根据“倒装芯片”技术而直接胶合或钎焊或附接到所述电子板的表面上。同样地，所述光电部件可以根据“倒装芯片”技术而直接胶合或钎焊或附接到所述电子控制部件的表面上。光学设备可以是透镜。该透镜可以是折射透镜或衍射透镜或折射元件和衍射元件的组合。例如，该设备还可以包含散射元件，诸如全息散射器。根据一个有利的变型实施方式，根据本专利技术的模块包括直接附接到所述电子板上的壳体，所述壳体适于相对于外部环境机械地保护所述部件和所述电子板以及在需要时保护透镜及其支承件。优选地，该壳体适于将透镜保持在其支承件中。根据代替透镜的一个变型，可以使用对于光电部件的至少一个发射波长或接收波长透明的窗。该窗可以包含直接布置在模块堆叠体之上(即，直接布置在光电部件之上)的扁平条。根据该变型，壳体可以在其顶面包括对于光电部件的至少一个发射波长或接收波长透明的窗，该透明窗以气密方式被密封到壳体的主体上。不管布置在根据本专利技术的模块上的光学设备如何，该光学设备的发散或会聚特性可以有利地根据发射器模块和接收器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电模块(M)，所述光电模块(M)用于将来自电子板的电信号转换成在自由空间中传播的光信号或将所述光信号转换成所述电信号，所述光电模块(M)包括如下的堆叠：‑电子板(1)，所述电子板(1)用于充当与电子应用板的接口；‑电子控制部件(2)，所述电子控制部件(2)适于控制光电部件，所述电子控制部件直接附接到所述电子板上且电连接到电子电路；‑光电部件(3)，所述光电部件(3)适于借助其上表面发送或接收光信号，所述光电部件直接附接在所述电子控制部件的顶部上且电连接到所述电子控制部件；‑光学设备(9)，所述光学设备(9)适于发送光信号；‑光学设备支承件(10)，所述支承件优选地通过胶合或钎焊而直接附接到所述电子板上，从而确保所述光学设备与所述光电部件之间的机械对准。

【技术特征摘要】
2015.06.02 FR 15549941.一种光电模块(M)，所述光电模块(M)用于将来自电子板的电信号转换成在自由空间中传播的光信号或将所述光信号转换成所述电信号，所述光电模块(M)包括如下的堆叠：-电子板(1)，所述电子板(1)用于充当与电子应用板的接口；-电子控制部件(2)，所述电子控制部件(2)适于控制光电部件，所述电子控制部件直接附接到所述电子板上且电连接到电子电路；-光电部件(3)，所述光电部件(3)适于借助其上表面发送或接收光信号，所述光电部件直接附接在所述电子控制部件的顶部上且电连接到所述电子控制部件；-光学设备(9)，所述光学设备(9)适于发送光信号；-光学设备支承件(10)，所述支承件优选地通过胶合或钎焊而直接附接到所述电子板上，从而确保所述光学设备与所述光电部件之间的机械对准。2.根据权利要求1所述的光电模块，所述光电模块包括发射器模块(ME)，所述电子控制部件是用于面射型光电部件的控制电路。3.根据权利要求1所述的光电模块，所述光电模块包括接收器模块(MR)，所述电子控制部件是转阻放大器，所述光电部件是光电二极管、尤其是PIN光电二极管。4.根据权利要求1所述的光电模块，所述电子控制部件根据“倒装芯片”技术而直接胶合或钎焊或附接到所述电子板的表面上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电模块，所述光电部件根据“倒装芯片”技术而直接胶合或钎焊或附接到所述电子控制部件的表面上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电模块，所述光学设备是折射透镜或衍射透镜或折射元件和衍射元件的组合。7.根据权利要求1所述的光电模块，所述光电模块包括直接附接到所述电子板上的壳体(8)，所述壳体适于相对于外部环境机械地保护所述部件和所述电子板以及在需要时保护透镜及其支承件。8.根据权利要求1所述的光电模块，所述电子板的基板在其顶面至少包括第一组参考标记(11)，所述第一组参考标记(11)形成所述光电部件相对于所述电子板的定位图案。9.根据权利要求6所述的光电模块，所述电子板的基板在其顶面至少包括第二组参考标记(12)，所述第二组参考标记(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：文森特·夫卡尔，克里斯汀·克拉乌德皮埃尔，马赛厄斯·佩兹，劳伦斯·皮若尔，弗朗索瓦·奎恩特尔，
申请(专利权)人：雷迪埃公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR