專利名稱：柔性光學(xué)互連件的制作方法
柔性光學(xué)互連件
背景技術(shù)：
隨著電路板上的計(jì)算機(jī)芯片速度增加至越來(lái)越快的速度，芯片間通信中的通信瓶 頸成為較大的問題。一種可能的解決途徑是使用光纖光學(xué)器件來(lái)互連高速計(jì)算機(jī)芯片。然 而，多數(shù)印刷電路板(PCB)包括許多個(gè)層并經(jīng)常在其制造中需要幾微米數(shù)量級(jí)的公差，該 公差明顯比傳統(tǒng)光纖應(yīng)用更嚴(yán)格。結(jié)果，光纖對(duì)計(jì)算機(jī)芯片的物理布置和連接可能不夠精 確并且將其廣泛地應(yīng)用到電路板制造工藝中是耗時(shí)的。因此，市場(chǎng)上有售的芯片間光學(xué)互 連件已證實(shí)是難以使用的，不管寬帶數(shù)據(jù)傳輸需要如何。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)可從下面的詳細(xì)說(shuō)明，并參照以示例方式共同示出本發(fā)明的 特征的附圖而得以理解。要理解，這些附圖僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且不認(rèn)為如本 文中附圖所描述和解說(shuō)的那樣對(duì)其范圍以及本發(fā)明的組成構(gòu)成限定，而是可以配置和設(shè)計(jì) 成大量不同的結(jié)構(gòu)。然而，利用這些附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行額外具體和詳細(xì)的說(shuō)明和解釋，在附 圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的柔性光學(xué)互連件的制造工藝的步驟的示意 性透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的柔性光學(xué)互連件的制造工藝的附加步驟的 示意性透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的柔性光學(xué)互連件的制造工藝的附加步驟的 示意性透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的柔性光學(xué)互連件的制造工藝的附加步驟的 示意性透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的柔性光學(xué)互連件的制造工藝的附加步驟的 示意性透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的制造柔性光學(xué)總線的方法的流程圖；以及圖7是描述根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例制造柔性光學(xué)互連件的方法的流程圖。示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的下面詳細(xì)說(shuō)明參照附圖，附圖構(gòu)成說(shuō)明書的一部分并以示例方式示出本 發(fā)明可投入應(yīng)用的示例性實(shí)施例。盡管這些示例性實(shí)施例足夠詳細(xì)地記載以使本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，然而要理解，也可實(shí)現(xiàn)其它實(shí)施例并且可不脫離本發(fā)明精神和范圍 地作出本發(fā)明的各種變化。同樣，下面對(duì)示例性實(shí)施例更詳細(xì)的說(shuō)明不旨在將本發(fā)明的范 圍限定為權(quán)利要求書記載的，而是僅以示例為目的給出以描述本發(fā)明的特征和特點(diǎn)；并 足以使本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書定義。圖1-7中示出針對(duì)柔性光學(xué)互連件的本發(fā)明各示例性實(shí)施例，該柔性光學(xué)互連件 在其芯層具有嵌入到柔性介電材料的條板中以形成柔性光學(xué)總線的多個(gè)平行中空金屬波 導(dǎo)(WG)，用以形成能在計(jì)算機(jī)組件之間傳遞數(shù)據(jù)并在同一組光波導(dǎo)上連接若干外設(shè)的柔性 光學(xué)總線。柔性光學(xué)總線可配置成從幾厘米乃至五十厘米或更大的距離上承載光信號(hào)?？?br> 4線可由柔性聚酰亞胺材料構(gòu)成，例如杜邦的Kapton ，并可使用工業(yè)印刷電路板制造中的 標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)來(lái)制成。光學(xué)總線可與附加光學(xué)組件集成，例如分光器陣列、透鏡陣列和光電 子器件，以形成能在多塊電路板或其它電子設(shè)備之間建立光通信鏈路的柔性光學(xué)互連件。在一個(gè)實(shí)施例中，柔性光學(xué)互連件可通過(guò)在聚酰亞胺波導(dǎo)基底上制造一系列平行 的三側(cè)面溝道來(lái)形成。溝道可被電鍍上反射涂層以產(chǎn)生高度平滑和反射的表面。覆蓋件也 可被構(gòu)造成在其下側(cè)具有反射涂層。波導(dǎo)基底和覆蓋件可層疊在一起以形成柔性光學(xué)總 線，該柔性光學(xué)總線具有形成于其中并配置成承載光信號(hào)的多個(gè)中空金屬波導(dǎo)。將中空金 屬波導(dǎo)對(duì)半分的十字形狹縫可被預(yù)先形成在波導(dǎo)基底和覆蓋件中，然后，這兩個(gè)部件耦合 在一起。當(dāng)連接時(shí)，基底和覆蓋件十字狹縫可對(duì)準(zhǔn)以形成橫向狹縫。例如定位孔等附加特 征也可形成在波導(dǎo)基底和覆蓋件兩者中。由聚酰亞胺或其它聚合物或金屬材料制成但比波導(dǎo)基底或覆蓋件更厚的加固板 可被添加至柔性光學(xué)總線以提供結(jié)構(gòu)支承和保護(hù)以及附加光學(xué)組件的連接位置。加固板可 具有與光學(xué)總線中的橫向間隙對(duì)準(zhǔn)的一系列預(yù)先形成的橫向“貫通”開口，因此在附連后， 橫向狹縫和橫向開口調(diào)成一直線，以形成垂直于中空金屬波導(dǎo)平面的通道，可用于獲得分 接的光學(xué)信號(hào)。例如孔和標(biāo)桿等對(duì)準(zhǔn)特征件可形成于加固板和柔性電路波導(dǎo)或光學(xué)總線的匹配 部分中，這是為了獲得這些結(jié)構(gòu)組件之間的精確對(duì)準(zhǔn)。這些和其它的精確對(duì)準(zhǔn)特征，例如形 成在橫向開口側(cè)面的凹口或凹腔，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)在之后的組裝階段附連的附加光學(xué)和電氣組 件的精確定位。對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分接是可通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的將分光器陣列插入到形成于柔性光 學(xué)總線中的橫向狹槽中，直到分光器陣列與穿過(guò)光波導(dǎo)的光束的路徑相交。分光器以預(yù)定 角度將一部分光信號(hào)反射出中空金屬波導(dǎo)的平面，同時(shí)允許剩下的光信號(hào)繼續(xù)沿光學(xué)總線 向下至下一分接位置?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整分光器的光學(xué)性質(zhì)而預(yù)先確定反射光信號(hào)部分相比于透 射信號(hào)即反射率/透射率之比。此外，如果柔性光學(xué)總線是在不止一個(gè)位置處被分接，則可 控制每個(gè)分光器陣列的光學(xué)特性，以使分接部分可在沿光學(xué)互連件的多個(gè)分接位置之間變 化。通過(guò)將每個(gè)分光器陣列安裝到形成在或附連于分接基底條板的分接框中，可首先 將分光器陣列插入到橫向狹縫中。分接基底條板、分接框和分束器陣列可組裝在一起以形 成可附連于柔性光學(xué)總線與加固板相反一側(cè)的分接組件。分接基底條板可被擠壓以使其與 光學(xué)總線的外表面平齊，每個(gè)分接框和分光器配置成在橫向狹縫中滑動(dòng)，直到分光器陣列 與光束相交為止。在安裝分光器陣列后，可設(shè)置部分組裝的光學(xué)互連的朝向，使得分接組件是作為 底部或底層而定位的，之后通過(guò)光學(xué)總線和加固板反過(guò)來(lái)朝上。在該配置中，穿過(guò)多個(gè)中空 金屬波導(dǎo)的光信號(hào)可接觸分光器陣列并通過(guò)加固板中的橫向開口而被向上反射。透鏡陣列可定位在形成于加固板橫向開口中的專門配置的凹口或凹腔中。透鏡陣 列可用來(lái)調(diào)節(jié)向上通過(guò)每個(gè)橫貫開口的光信號(hào)的反射部分，要么通過(guò)匯聚各光束要么校準(zhǔn) 光束內(nèi)的各光波長(zhǎng)，或者采用兩者。透鏡陣列可配置成以準(zhǔn)確的深度配合在凹腔內(nèi)，并被動(dòng) 地對(duì)準(zhǔn)在合適的位置以與向上行進(jìn)中的反射光信號(hào)相交。透鏡陣列的尺寸和形狀可設(shè)計(jì)成 配合在加固板的凹腔內(nèi)而不必延伸至加固板板的頂表面之上。
本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件可包括安裝在加固板的頂面且在分光器和透鏡陣列上 方的光電子(OE)組件，因此由分光器反射的光信號(hào)部分耦合到OE組件中。這些組件可包 括光檢測(cè)器陣列，配置成檢測(cè)和捕獲離開柔性光學(xué)總線的光信號(hào)的分接部分；以及光發(fā) 射器陣列，配置成將光信號(hào)發(fā)送至柔性光學(xué)總線中。另外，OE組件可由柔性電路板材料形 成，并包括集成電路和制造成可撓尾端的IO觸點(diǎn)。OE組件可使用形成在加固板頂面內(nèi)的定位孔或狹縫附連和被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)，并也可使 用視覺系統(tǒng)和其它方法主動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)。如本文所述并在更詳細(xì)的說(shuō)明中，本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件給予優(yōu)于相關(guān)現(xiàn)有技 術(shù)的若干顯著性能優(yōu)勢(shì)。例如，與當(dāng)今計(jì)算機(jī)中使用的柔性固體導(dǎo)線的互連相比，柔性光學(xué) 互連件提供了顯著增大的帶寬。在移動(dòng)至光通信介質(zhì)時(shí)，設(shè)計(jì)者可減少現(xiàn)代高速器件的芯 片間通信的通信瓶頸形成的可能性。封裝在柔性襯底中的中空金屬光波導(dǎo)的本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁﹥?yōu)于具有固體聚合物芯 層的光波導(dǎo)的明顯進(jìn)步。固體芯層波導(dǎo)可以是柔性的，但快速減損光信號(hào)的功率。本發(fā)明的 5cm-50cm范圍明顯強(qiáng)過(guò)由固體芯層波導(dǎo)允許的范圍，并允許計(jì)算機(jī)工程師配置光電路而不 會(huì)對(duì)芯片和電路板布置施加不適當(dāng)?shù)南拗啤＿€比分接聚合物或玻璃固體芯層波導(dǎo)更易于分 接來(lái)自中空波導(dǎo)的一部分光信號(hào)，并在透射光信號(hào)中具有較少的寄生損耗。本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件提供部件布置和組件中的進(jìn)一步改進(jìn)。本發(fā)明的柔性光 學(xué)互連件能克服已有的板上安裝光學(xué)互連件的需求，也就是與它們相連的電路板彼此對(duì)準(zhǔn) 至非常緊的公差的必要性。相比而言，本發(fā)明提供基于剛性印刷電路板(PCB)的電子器件 之間的柔性連接，這能補(bǔ)償兩器件之間的錯(cuò)位。另外，包括制造在柔性O(shè)E組件中的電子器件和電路的本發(fā)明所有主要組件能由 同一柔性聚酰亞胺材料制成并享有相同的熱膨脹系數(shù)(CTE)。結(jié)果，熱循環(huán)中組件之間或組 件和所附連電子器件之間的相對(duì)移動(dòng)顯著減小。由于電子器件和光學(xué)互連件一起膨脹和收 縮，隨時(shí)間的系統(tǒng)整體性和性能得以更好地維持。本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)是它與當(dāng)前大批量制造方法的兼容性，它提供對(duì)形成能在可觀 距離上傳遞光信號(hào)的中空金屬波導(dǎo)所需的路徑的尺寸公差以及反射表面的表面精加工方 面的精確控制。本發(fā)明大為改進(jìn)了昂貴且費(fèi)時(shí)的光電路制造技術(shù)，即包括物理地附接和對(duì) 準(zhǔn)PCB上的預(yù)先制造光纖和電路。此外，使用大批量制造方法的能力允許光路和電路集成 在同一柔性的襯底上，拓展了設(shè)備的潛在應(yīng)用場(chǎng)合。本發(fā)明下面的詳細(xì)描述和示例性實(shí)施例將參照附圖更好地理解，其中本發(fā)明的元 素和特征是通過(guò)附圖標(biāo)記表示的。圖1示出本發(fā)明實(shí)施例的制造工藝中的一個(gè)步驟的示意性透視圖。在該實(shí)施例 中，柔性光學(xué)互連件可通過(guò)由一種或多種柔性介電材料層形成波導(dǎo)基底20而構(gòu)成。波導(dǎo)基 底的材料可以是柔性介電聚酰亞胺，例如杜邦的Kapton ，或例如液晶聚合物(LCP)、阻燃 劑(FR4)、紙等其它類似的PCB基底材料，它們可形成為具有柔性光學(xué)互連件的長(zhǎng)度的柔性 條板。波導(dǎo)基底20可具有多個(gè)層，例如底層22和溝道層24，而每個(gè)層可在耦合或?qū)盈B在一 起之前先被金屬化或在一側(cè)或兩側(cè)覆蓋以金屬涂層，以形成具有若干絕緣層和金屬層的夾 層結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用印刷電路板制造中的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)技術(shù)，一系列平行的三側(cè)面溝道30可被形成于波導(dǎo)基底20中。例如，可采用化學(xué)蝕刻工藝，從而蝕刻出從溝道層24的頂部開始向 下至金屬化底層22的蝕刻槽。這種槽可形成等于溝道層厚度的寬度，這導(dǎo)致具有側(cè)面32 和底部34的一串平行溝道30。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)面和底部可具有基本相等的尺寸以形成 方形分段的溝道。例如，溝道可具有大約150 μ m的寬度和深度。替代地，側(cè)面和底部可具 有不等的尺寸以形成具有矩形分段的溝道。盡管圖1所示的溝道30是三側(cè)面的以形成具 有方形或矩形橫截面的波導(dǎo)28(見圖2-5)，然而在替代實(shí)施例中，溝道可由兩面構(gòu)成以形 成敞口的V形槽，這導(dǎo)致具有三角形橫截面的波導(dǎo)。這些溝道可被電鍍上反射性金屬涂層38，例如鎳金或鈦金合金等，以制造高度平 滑和反射的表面。如所能理解的那樣，其它類型的金屬和電介質(zhì)也可用來(lái)涂覆溝道以形成 高度平滑和反射的表面。基本扁平的覆蓋件40可在其下側(cè)44由例如鎳金合金的具有高度平滑和反射的金 屬涂層48的一個(gè)或多個(gè)覆蓋件層42制造而成。波導(dǎo)基底20和覆蓋件40可使用熱接合、 粘合劑等耦合或?qū)盈B在一起以制造柔性光學(xué)總線10，該柔性光學(xué)總線10具有多個(gè)中空金 屬波導(dǎo)28形成在其中并配置成承載光信號(hào)，如圖2進(jìn)一步示出的那樣?；貋?lái)參見圖1，在波導(dǎo)基底20和覆蓋件40耦合在一起前，可在波導(dǎo)基底20形成十 字形底部狹縫26，而在覆蓋件40中形成十字形覆蓋件狹縫46。十字形狹縫可使用機(jī)械定 軌跡工藝、化學(xué)蝕刻工藝、機(jī)械沖槽或用于柔性印刷電路制造中的任意其它大批量工藝技 術(shù)來(lái)形成。在一個(gè)實(shí)施例中，狹縫可以是大約Imm寬。狹縫的實(shí)際寬度取決于安裝在狹縫 中的硬件。當(dāng)如圖2所示結(jié)合時(shí)，基底十字形狹縫和覆蓋件十字形狹縫可彼此對(duì)準(zhǔn)以形成 橫向狹縫36，該橫向狹縫36將形成在光學(xué)總線中的一連串中空金屬波導(dǎo)28對(duì)半分。例如 定位孔和標(biāo)桿的附加對(duì)準(zhǔn)特征也可形成在波導(dǎo)基底和覆蓋件兩者中以利于這兩個(gè)部件間 的精確對(duì)準(zhǔn)以及之后組裝階段附連的附加光學(xué)器件和電子器件的精確布置。圖2進(jìn)一步示出本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件5的一個(gè)實(shí)施例的制造工藝中的附加步 驟。具有比波導(dǎo)基底或覆蓋件更大厚度的加固板50可耦合于柔性光學(xué)總線10以提供結(jié)構(gòu) 支承和保護(hù)，還提供附加光學(xué)組件的連接位置。加固板可用一個(gè)或多個(gè)柔性介電材料的加 固板層52制造而成，或制造成單塊金屬板以允許使用螺釘或激光焊接來(lái)附連附加的光學(xué) 器件。加固板50可具有與光學(xué)總線中的橫向狹縫36對(duì)準(zhǔn)的一連串預(yù)先形成的橫向“貫 通”開口 56，由此在附連后橫向狹縫和橫向開口調(diào)成一直線，以形成分接光信號(hào)的通道。在 一個(gè)實(shí)施例中，橫向狹縫和開口可對(duì)準(zhǔn)以形成垂直于中空金屬波導(dǎo)28的水平平面的垂直 通道。替代地，橫向開口可構(gòu)造成小于直角的角度。這允許附連卡或其它器件成一角度，從 而減小整個(gè)系統(tǒng)的高度。加固板中的橫向開口可具有形成在其側(cè)部以容納其它光學(xué)器件的 凹口或凹腔58，而加固板的頂表面60可形成有例如定位孔、凹口、標(biāo)桿等對(duì)齊特征62，這些 對(duì)齊特征62也可用來(lái)附連和對(duì)準(zhǔn)附加的光學(xué)組件。圖3示出本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件5的一個(gè)實(shí)施例的制造工藝中的附加步驟。通 過(guò)將分光器80陣列從與加固板50相對(duì)的一側(cè)插入形成在柔性光學(xué)總線中的橫向狹縫36 直到分光器82與穿過(guò)光波導(dǎo)28的光束的路徑相交為止，可分接穿過(guò)柔性光學(xué)總線10的光 信號(hào)。分光器將一部分光信號(hào)垂直地反射出中空金屬波導(dǎo)的平面，同時(shí)使剩下的光信號(hào)繼 續(xù)沿光學(xué)總線向下至下一分接位置。反射光信號(hào)的部分相比于透射光信號(hào)即反射率/透射
7率之比，可通過(guò)調(diào)節(jié)分光器的光學(xué)特性而預(yù)先確定。此外，如果柔性光學(xué)總線在不止一個(gè)位 置處被分接，則可控制每個(gè)分光器陣列的光學(xué)特性，使得上述比值可以在沿光學(xué)互連件的 多個(gè)分接位置之間變化。盡管本發(fā)明的當(dāng)前描述記載了從柔性光學(xué)總線中分接出光信號(hào)，然而要理解，分 光器陣列80中的分光器82能沿兩個(gè)方向反射和透射光信號(hào)。因此，分光器可用來(lái)將例如 激光器等光發(fā)射器所發(fā)出的光信號(hào)耦合到光學(xué)總線中，還用來(lái)將從總線中出來(lái)的光信號(hào)耦 合至例如光電檢測(cè)器等光檢測(cè)器。此外，單個(gè)分光器陣列可同時(shí)執(zhí)行兩種功能，這允許兩電 子器件之間的全雙工雙向通信。還要理解，分光器陣列是可用旋轉(zhuǎn)鏡或反射器陣列代替的， 該旋轉(zhuǎn)鏡或反射器陣列所處的位置使得可將全部光信號(hào)反射入或反射出光學(xué)總線。分接的光信號(hào)可在任何方向上被引導(dǎo)離開波導(dǎo)。例如，相鄰的分光器可彼此相對(duì) 地旋轉(zhuǎn)90度，由此將一些分接信號(hào)“向上”并將一些分接信號(hào)“向下”引導(dǎo)，或以小于或大 于90°的一些角度引導(dǎo)。如前面提到的，加固板中的橫向開口也可形成為除垂直以外的任 何角度以允許非垂直的分接光束通過(guò)。分光器陣列80可通過(guò)將每個(gè)分光器陣列安裝在分接框74而插入橫向狹縫，所述 分接框74形成在或附連于分接基底條板72中。分接基底條板和分接框可由柔性模制塑 料、壓花金屬、引線框等構(gòu)成，并與分光器陣列一起形成分接組件70，該分接組件70可附連 于柔性光學(xué)總線與加固板50相對(duì)的表面。分接框可具有側(cè)面開口 76和頂部開口 78以允 許光信號(hào)到達(dá)并由包含在內(nèi)的分光器陣列反射。分接基底條板可正確地對(duì)準(zhǔn)并受壓平齊于 光學(xué)總線的外表面，致使每個(gè)分接框和分光陣列滑入橫向狹縫并到達(dá)分光器陣列與光束相 交所在的深度。包含分光器陣列80的分接框74也可單獨(dú)地固定于柔性光學(xué)總線10。加固板50和分接組件70兩者均可使用熱接合、粘合劑等或柔性印刷電路制造中 的任意其它接合技術(shù)與柔性光學(xué)總線10耦合或?qū)盈B到一起。在分接組件70已耦合于柔性光學(xué)總線10且分光器陣列插入橫向狹縫至合適深度 后，可確定部分組裝的光學(xué)互連件5的方位，以使分接組件定位作為底層或基層，之后通過(guò) 光學(xué)總線和加固板反過(guò)來(lái)朝上。在該配置中，如圖4所示，通過(guò)多個(gè)中空金屬波導(dǎo)28的光 信號(hào)將接觸分光器分裂并通過(guò)加固板中的橫向開口 56向上反射。根據(jù)圖4所示本發(fā)明的實(shí)施例，透鏡陣列90可設(shè)置在形成于加固板50的橫向開 口 56中的專門配置的凹口或凹腔58中。每個(gè)透鏡陣列中的透鏡92可用來(lái)在光信號(hào)經(jīng)過(guò) 每個(gè)橫向開口時(shí)調(diào)節(jié)光信號(hào)的反射部分。例如，透鏡可用來(lái)聚集各個(gè)光束，使光束中各個(gè)波 長(zhǎng)的光準(zhǔn)直，或?qū)崿F(xiàn)前述兩種功能。凹腔58可配置成使透鏡陣列90安置某一深度以在光束經(jīng)過(guò)橫向開口 56時(shí)捕獲 光束。當(dāng)安置好時(shí)，透鏡陣列可通過(guò)定位銷、凹口、凹腔壁等對(duì)齊物被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)于下方的分 光器陣列，或配置成主動(dòng)或視覺輔助的對(duì)準(zhǔn)。此外，透鏡陣列的尺寸和形狀可設(shè)計(jì)成配合在 凹腔中而不需要延伸至加固板50的頂表面60之上。如圖5所示，本發(fā)明的柔性光學(xué)互連件5可包括在橫向開口上方安裝于加固板50 的頂表面60的光電子(OE)模塊110。0E模塊可包括光檢測(cè)器陣列114，該光檢測(cè)器陣列114 具有配置成檢測(cè)并耦合于離開柔性光學(xué)總線10的光信號(hào)的分接部分的光檢測(cè)器。OE模塊 也可包括例如激光器或發(fā)光二極管的光發(fā)射器件的發(fā)射器陣列112，該發(fā)射器陣列112配 置成將光信號(hào)播送至柔性光學(xué)總線。當(dāng)OE模塊是光檢測(cè)器陣列時(shí)，透鏡陣列90(圖4)可用
8來(lái)聚集從分光器進(jìn)入光電檢測(cè)器的光。當(dāng)OE模塊是光發(fā)射器陣列時(shí)，透鏡陣列能使來(lái)自激 光器或LED的光在到達(dá)分光器或旋轉(zhuǎn)鏡陣列并被反射至中空金屬波導(dǎo)之前先予以準(zhǔn)直和/ 或聚集。在備選實(shí)施例中，透鏡陣列和分光器陣列可直接附連于OE組件，并且整個(gè)光學(xué)分 接組件可作為OE組裝過(guò)程的一部分地安裝在柔性光學(xué)互連件中。OE模塊110可被包括到同樣可由柔性電路板材料制造而成并包括集成電路、制造 成柔性尾端102的電氣輸入/輸出觸點(diǎn)以及用于將OE組件附連于加固板連接環(huán)或背襯板 104的較大OE組件100中。在通過(guò)形成在加固板頂表面60中的例如定位孔、凹口、定位銷 等對(duì)齊特征62被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)后，OE組件可通過(guò)粘合劑、螺釘、激光焊接等附連于加固板50 (參 見圖2-4)。OE組件也可使用視覺系統(tǒng)和其它方法主動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，OE組件100可由與柔性光學(xué)總線10和加固板50具有相 同柔性的聚酰亞胺介電材料制成，這導(dǎo)致柔性光學(xué)互連件的所有組件享有相同的熱膨脹系 數(shù)(CTE)。通過(guò)同一 CTE，熱循環(huán)中互連件的組件之間的相對(duì)移動(dòng)顯著減小，并保持光具組 (optical train)的對(duì)準(zhǔn)性。結(jié)果，由于集成在OE組件中的電子器件和光學(xué)互連件一起膨 脹和收縮，隨時(shí)間推移，系統(tǒng)整體性和性能得以顯著提高。圖6示出描述根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的制造柔性光學(xué)總線的方法200的流程 圖。該方法包括操作210:構(gòu)造其中形成有多個(gè)三側(cè)面溝道的柔性波導(dǎo)基底。該三側(cè)面溝 道可具有方形橫截面，其中波導(dǎo)基底中的每個(gè)溝道的深度等于其寬度。替代地，每個(gè)溝道 可具有矩形橫截面。多個(gè)溝道的側(cè)面和底部可覆蓋上平滑的反射性金屬涂層，例如鎳金合 金。波導(dǎo)基底可由柔性介電材料構(gòu)成，包括例如杜邦Kapton 的聚酰亞胺，并可使用與柔 性PCB制造中采用的相同大批量制造方法來(lái)生產(chǎn)。該方法還包括操作220 制造一柔性覆蓋件。在一個(gè)實(shí)施例中，覆蓋件可由相同的 柔性介電材料形成。覆蓋件可基本扁平的并具有基本等同于波導(dǎo)基底的長(zhǎng)度和寬度。覆蓋 件的下側(cè)可覆蓋上平滑的反射性金屬涂層，因此當(dāng)覆蓋件耦合于230波導(dǎo)基底時(shí)，多個(gè)三 側(cè)面溝道和覆蓋件形成內(nèi)表面涂覆有平滑和高反射性金屬涂覆層的內(nèi)表面的多個(gè)中空金 屬波導(dǎo)。在柔性波導(dǎo)的四個(gè)內(nèi)壁中的每一個(gè)上具有高反射性涂覆層，即使波導(dǎo)撓彎至光信 號(hào)已與內(nèi)壁具有多次接觸的程度，也允許光束沿波導(dǎo)向下傳播。如此，本發(fā)明的柔性光學(xué)互 連件可發(fā)出高達(dá)50cm的光信號(hào)，其范圍顯著大于固體芯層波導(dǎo)所允許的范圍，并允許計(jì)算 機(jī)工程師配置光學(xué)電路而不會(huì)對(duì)芯片和電路板布置施加不適當(dāng)?shù)南拗?。圖7示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的制造柔性光學(xué)互連件的方法300的流程 圖。該方法包括操作310 構(gòu)造如上文圖6所示在其中形成有多個(gè)中空金屬化波導(dǎo)的柔性 光學(xué)總線。柔性光學(xué)總線可具有沿其長(zhǎng)度形成的多個(gè)橫向狹縫，這些狹縫越過(guò)覆蓋件和波 導(dǎo)基底兩者并同時(shí)將多個(gè)中空金屬波導(dǎo)對(duì)半分。可在將兩部件耦合在一起前用機(jī)械定軌跡 器切出或使用其它PCB制造技術(shù)形成波導(dǎo)基底和覆蓋件兩者中的十字形狹縫，由此防止由 于在光學(xué)總線組裝后切割橫向間隙造成的刮屑、未修整邊或其它不規(guī)則性堵塞中空金屬波 導(dǎo)或損壞反射性金屬涂層。將柔性光學(xué)總線充當(dāng)芯層部件，該方法還包括將加固板耦合于320光學(xué)總線以提 供結(jié)構(gòu)支承和保護(hù)以及提供附加光學(xué)組件的附連位置。加固板可由一個(gè)或多個(gè)柔性介電材 料層制成，但它具有比波導(dǎo)基底或覆蓋件更大的厚度。另外，加固板可具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)成
9形的橫向開口，這些橫向開口對(duì)準(zhǔn)于柔性光學(xué)總線中的橫向狹縫以形成垂直于中空金屬波 導(dǎo)的中空平面的垂直通道。加固板中的橫向開口可具有形成在其側(cè)部的凹口或凹腔，用以 容納附加光學(xué)組件，而加固板頂表面可包括定位孔、凹口、定位銷或用來(lái)附連和被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn) 其它光學(xué)器件的其它對(duì)齊特征。圖7所示的方法還包括操作將分光器陣列插入330柔性光學(xué)總線的橫向狹縫，以 使分光器陣列位于狹縫中以與穿過(guò)光波導(dǎo)的任何光信號(hào)相交。陣列中的分光器可配置成將 一部分光信號(hào)反射出中空金屬波導(dǎo)平面并向上到達(dá)加固板中的橫向開口，同時(shí)允許光信號(hào) 剩下部分繼續(xù)沿光學(xué)總線向下直至下一分接位置。分光器陣列也可用來(lái)將從上方發(fā)射出的 光信號(hào)耦合回到光學(xué)總線中。分光器陣列可使用多種方法安裝。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可通過(guò)將每個(gè)分光 器陣列安裝在從分接基底條板凸出的分接框來(lái)將分光器陣列插入橫向狹縫。分接基底條板 可具有長(zhǎng)度和寬度上與柔性光學(xué)總線相同的尺寸，并可同樣由柔性介電材料或模制塑料、 壓花金屬等制成。從分接基底條板凸出的分接框可以是中空的以在其中容納分光器陣列， 并具有前、后側(cè)開口和頂部開口以允許光信號(hào)到達(dá)分光器陣列并從中透過(guò)或向上反射。分接基底條板、分接框和分光器陣列可組裝在一起形成分接組件，該分接組件可 附連于柔性光學(xué)總線與加固板相對(duì)的那個(gè)表面。分接基底條板可與光學(xué)總線的外表面平齊 地耦合，其中每個(gè)分接框和分光器陣列在橫向狹縫中滑動(dòng)并到達(dá)分光器陣列與光束相交所 在的深度。該方法還可包括將透鏡陣列安裝到340形成在分光器陣列上方的加固板的橫向 開口中的凹腔內(nèi)。透鏡陣列可在光信號(hào)通過(guò)橫向開口時(shí)調(diào)節(jié)分接的光信號(hào)。例如，如果光 信號(hào)離開中空的金屬波導(dǎo)，則透鏡陣列可將來(lái)自分光器的光聚集在光檢測(cè)器中。如果引入 中空金屬波導(dǎo)的光信號(hào)從例如激光器、LED或等效光源的光束發(fā)射器發(fā)出，則透鏡陣列可在 光通過(guò)分光器陣列耦合入波導(dǎo)前使光準(zhǔn)直。凹腔可配置成使透鏡陣列安置在某一深度以在 光束經(jīng)過(guò)橫向開口時(shí)捕獲光束。凹腔也可配置成通過(guò)例如定位銷、凹口、凹腔壁等對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 使透鏡陣列在下面被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)分光器陣列。方法還包括將光電子組件附連于350透鏡和分光器陣列上方的加固板以完善光 學(xué)總線和光電子器件之間的光具組。光電子(OE)組件可包括例如具有光電檢測(cè)器的光 檢測(cè)器陣列的光電子模塊，該光電子模塊配置成檢測(cè)離開柔性光學(xué)總線的光信號(hào)的分接部 分。OE組件也可包括配置成將光信號(hào)發(fā)射至柔性光學(xué)總線的光發(fā)射器陣列。OE組件可使 用例如形成在加固板頂表面的例如定位孔、凹口、定位銷等對(duì)準(zhǔn)特征附連于和被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn) 于下面的透鏡陣列和分光器陣列。如所能理解的那樣，OE組件也可使用視覺系統(tǒng)和其它方 法主動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)。前面的詳細(xì)說(shuō)明參照具體示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。然而要理解，可不脫離本發(fā) 明如所附權(quán)利要求書所述范圍地作出多種改型和變化。詳細(xì)說(shuō)明和附圖被認(rèn)為僅是示例性 而非限定性，并且所有這些改型或變化如本文描述和記載那樣落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。更具體地說(shuō)，盡管已在此對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本發(fā)明不局 限于這些實(shí)施例，但包括具有由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員基于前面詳細(xì)說(shuō)明理解的改型、省略、 (例如各實(shí)施例不同方面的)結(jié)合、調(diào)整和/或變更的任何和全部實(shí)施例。權(quán)利要求中的限 制基于權(quán)利要求中采用的語(yǔ)言廣泛地其解釋并且不局限于前面詳細(xì)說(shuō)明和申請(qǐng)?jiān)V訟中描述的例子，相反其實(shí)例被解釋成非窮盡性的。例如，在本公開中，術(shù)語(yǔ)“較佳地”是非窮盡性 的,它旨在表示“較佳地，但不局限于”。任何方法或過(guò)程權(quán)利要求書中引述的任何步驟可以 任何順序執(zhí)行而不局限于權(quán)利要求書中給出的順序。
權(quán)利要求
一種柔性光學(xué)互連件，包括波導(dǎo)基底，所述波導(dǎo)基底由柔性介電材料形成并具有形成于其中的至少一個(gè)三側(cè)面溝道，其中所述至少一個(gè)三側(cè)面溝道的每個(gè)側(cè)面都涂覆有反射性金屬涂層；以及覆蓋件，所述覆蓋件由柔性介電材料形成并在其下側(cè)涂覆有反射性金屬涂層，其中所述覆蓋件耦合于所述波導(dǎo)基底以形成柔性光學(xué)總線，所述柔性光學(xué)總線具有形成于其中的至少一個(gè)中空金屬化波導(dǎo)，且其中所述至少一個(gè)中空金屬化波導(dǎo)被配置成承載光信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)互連件，其特征在于，還包括具有形成于其中的至少一個(gè) 橫向狹縫的柔性光學(xué)總線，其中所述至少一個(gè)橫向狹縫形成用于將所述至少一個(gè)中空金屬 化波導(dǎo)對(duì)半分的孔腔。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)互連件，其特征在于，還包括配置成插入到所述至少一個(gè) 橫向狹縫中的至少一個(gè)分光器陣列，其中所述分光器陣列位于用于將所述至少一個(gè)中空金 屬化波導(dǎo)對(duì)半分的孔腔內(nèi)從而將光信號(hào)的分接部分從所述柔性光學(xué)總線中反射出去。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)互連件，其特征在于，還包括加固板，所述加固板由柔性介 電材料形成并耦合于所述柔性光學(xué)總線，所述加固板具有與所述至少一個(gè)橫向狹縫對(duì)準(zhǔn)的 至少一個(gè)橫向開口。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)互連件，其特征在于，還包括光電子組件，所述光電子組件 物理地耦合于加固板并光學(xué)地耦合于通過(guò)所述至少一個(gè)橫向開口的光信號(hào)的分接部分。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述加固板提供所述光電子組件到 所述分光器陣列的被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述光電子組件還包括光檢測(cè)器陣 列，其中所述光檢測(cè)器陣列配置成檢測(cè)來(lái)自所述柔性光學(xué)總線的光信號(hào)的分接部分。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述加固板中的至少一個(gè)橫向開口 還包括用于容納透鏡陣列的凹腔，其中所述透鏡陣列配置成將來(lái)自所述柔性光學(xué)總線的光 信號(hào)的分接部分聚焦到所述光檢測(cè)器陣列中。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述凹腔提供所述透鏡陣列到所述 分光器陣列的被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述光電子組件還包括光發(fā)射器陣 列，其中所述光發(fā)射器陣列配置成將發(fā)射出的光信號(hào)耦合到所述柔性光學(xué)總線中。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述加固板中的所述至少一個(gè)橫 向開口還包括用于容納透鏡陣列的凹腔，且其中所述透鏡陣列配置成使從所述光發(fā)射器陣 列進(jìn)入所述柔性光學(xué)總線的光信號(hào)準(zhǔn)直。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述凹腔提供所述透鏡陣列到所 述分光器陣列的被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述柔性電介質(zhì)是聚酰亞胺。
14.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)互連件，其特征在于，所述反射性金屬涂層包括一層鎳金合金。
15.一種形成柔性光學(xué)總線的方法，包括構(gòu)造其中形成有多個(gè)平行溝道的柔性波導(dǎo)基底，其中所述多個(gè)溝道涂有反射性金屬涂層；制造其下側(cè)涂有反射性金屬涂層的柔性覆蓋件；以及將所述覆蓋件耦合于所述波導(dǎo)基底以形成柔性光學(xué)總線，所述柔性光學(xué)總線具有形成 于其中的多個(gè)中空金屬化波導(dǎo)并配置成傳輸光信號(hào)。
16.一種形成柔性光學(xué)互連件的方法，包括 構(gòu)造波導(dǎo)基底，所述方法還包括提供柔性介電材料的基底條板； 在所述基底條板中形成多個(gè)平行的三側(cè)面溝道； 用反射性金屬涂層涂覆所述多個(gè)溝道中的每個(gè)溝道的每一側(cè)；以及 形成垂直于所述三側(cè)面溝道的至少一個(gè)十字形基底狹縫，且所述至少一個(gè)十字形基底 狹縫將所述多個(gè)三側(cè)面溝道對(duì)半分； 制造覆蓋件，所述方法還包括 提供柔性介電材料的覆蓋條板； 用反射性金屬涂層涂覆所述覆蓋條板的下側(cè)；以及 形成至少一個(gè)十字形覆蓋件狹縫；以及將所述覆蓋件耦合于所述波導(dǎo)基底以形成柔性光學(xué)總線，所述柔性光學(xué)總線具有形成 于其中的多個(gè)中空金屬化波導(dǎo)并配置成傳輸光信號(hào)，并且所述至少一個(gè)十字形覆蓋件狹縫 與所述至少一個(gè)十字形基底狹縫對(duì)準(zhǔn)以在所述柔性光學(xué)總線中形成至少一個(gè)橫向狹縫，進(jìn) 一步地，所述至少一個(gè)橫向狹縫形成用于將所述多個(gè)中空金屬化波導(dǎo)對(duì)半分的孔腔。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括將加固板耦合于所述柔性光學(xué)總 線，其中所述加固板具有與所述至少一個(gè)橫向狹縫對(duì)準(zhǔn)的至少一個(gè)橫向開口。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將分光器陣列插入到所述至少一 個(gè)橫向狹縫中，并將所述分光器陣列定位在用于將所述多個(gè)中空金屬化波導(dǎo)對(duì)半分的孔腔 內(nèi)，從而將光信號(hào)的分接部分從所述柔性光學(xué)總線中反射出去。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括將透鏡陣列插入到形成于所述加 固板的至少一個(gè)橫向開口中的凹腔內(nèi)，并使所述透鏡陣列對(duì)準(zhǔn)所述分光器陣列以將所述光 信號(hào)的分接部分光學(xué)地耦合到光電子組件中。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括形成具有對(duì)齊結(jié)構(gòu)的凹腔以使所 述透鏡陣列被動(dòng)地與所述光信號(hào)的分接部分對(duì)準(zhǔn)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括將所述透鏡陣列主動(dòng)地與所述光 信號(hào)的分接部分對(duì)準(zhǔn)。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，還包括在所述至少一個(gè)橫向開口上方將 光電子組件附連于所述加固板，并使所述光電子組件對(duì)準(zhǔn)所述分光器陣列以將通過(guò)至少一 個(gè)橫向開口的光信號(hào)的分接部分光學(xué)地耦合到所述光電子組件中。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括形成具有對(duì)齊結(jié)構(gòu)的加固板，用來(lái) 使所述光電子組件被動(dòng)地與所述光信號(hào)的分接部分對(duì)準(zhǔn)。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括使所述光電子組件主動(dòng)地與所述 光信號(hào)的分接部分對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
披露一種柔性光學(xué)互連件以及形成該互連件的方法。該光學(xué)互連件包括由柔性介電材料形成的波導(dǎo)基底。在柔性材料中形成三側(cè)面溝道。溝道的每一側(cè)涂有反射性金屬涂層。覆蓋件由柔性材料形成并在下側(cè)涂有反射性金屬涂層。覆蓋件耦合于波導(dǎo)基底以形成具有至少一個(gè)中空金屬波導(dǎo)的柔性光學(xué)總線。中空金屬波導(dǎo)配置成承載光信號(hào)。橫向狹縫形成在覆蓋件和波導(dǎo)基底中以形成將中空金屬波導(dǎo)對(duì)半分的孔腔，從而允許檢測(cè)和/或再引導(dǎo)光信號(hào)。
文檔編號(hào)G02B6/42GK101981482SQ200880128442
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者M·譚, P·羅森伯格, S·馬塔伊 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)